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Ecologia do Solo Pós-graduação em Agroecossistemas Disciplina: Ecologia Microbiana Prof. Cláudio Roberto F. S. Soares.

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1 Ecologia do Solo Pós-graduação em Agroecossistemas Disciplina: Ecologia Microbiana Prof. Cláudio Roberto F. S. Soares

2 Szabolcs (1994) 1.Introdução

3 Formação do Solo - Solo = f (material de origem, clima, organismos, relevo e tempo) Material de origem (rochas) PROCESSOS TEMPO (controlado pelo relevo) CLIMA E ORGANISMOS

4 Definição: Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais e húmusagriculturageologia rochas mineraishúmus

5 Parte sólidaPoros 25% 45% 5% Composição de um Solo Hipotético

6 Minerais: –Sílica (SiO 2 ), Fe, Al, Ca,Mg, K –P, S, Mn, Na... Matéria orgânica : origem vegetal, animal e microbiana –insolúvel (húmus): melhora a estrutura, libera nutrientes efeito tampão, retenção de água –solúvel: produtos da degradação de polímeros complexos: Açúcares, fenóis, aminoácidos Constituintes do Solo

7 Água –livre: poros do solo –adsorvida: ligada aos colóides (argilas) Gases: CO 2, O 2, N 2... –composição variável em função dos processos biológicos Constituintes do Solo

8

9 Sistemas biológicos: –plantas –animais –Microrganismos: grande diversidade e abundância Constituintes do Solo

10 O Ambiente Solo (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

11 O Solo como Habitat Moreira & Siqueira, 2006

12 MACROFAUNA

13 BACTÉRIAS

14 FUNGOS

15 NODULAÇÃO

16 MICORRIZAS

17

18 A BIOTA DO SOLO PARTÍCULAS SOZINHAS NÃO FAZEM UM BOM SOLO... Em cada kg de solo fértil tem-se em torno de: 500 bilhões de bactérias 10 bilhões de actinobacterias 1 bilhão de fungos 0,5 bilhão de invertebradosmicrorcópicos 1000 km de hifas e vários de raízes Numerosos vertebrados macroscópicos Não são estáticos e sim muito dinâmicos São bons aliados e uma grande riqueza natural São ignorados devido ao caráter microscópico São mais conhecidos pelos efeitos deletérios Os microrganismos garantem a qualidade do solo ALTA DIVERSIDADE

19 *Inclui cianobactérias Distribuição de microrganismos em vários horizontes do perfil (Starc, 1942 apud Alexander, 1977) Classificação Ecológica dos Microrganismos do Solo - Autóctones (indígenas) = população de microrganismos pouco afetada pela adição de nutrientes ao solo, vivendo às custas dos resíduos em estágios avançados de decomposição - Zimógenes (fermentativos) = população de microrganismos estimulada pela adição de resíduos ao solo, principalmente os resíduos facilmente decomponíveis

20 Bactérias: –grupo mais numeroso e mais diversificado 3 x 10 6 a 5 x 10 8 por g de solo seco limitações impostas pelas discrepâncias entre técnicas heterotróficos são mais facilmente detectados Gêneros mais freqüentes: Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas, Nocardia, Streptomyces, Micromonospora, Rizóbios Cianobactérias: pioneiras, fixação de N 2 A microbiota do solo Streptomyces

21 Mais de espécies bacterianas diferentes em 100 g de solo Torsvik et al (Técnicas de reassociação de DNA extraído do solo). Menos de 1% das espécies microbianas conhecidas (não cultiváveis –não crescem em meio de cultura, e.g. fungos micorrízicos arbusculares) Solo Heterogêneo, dinâmico e complexo - Grande parte dos recursos genéticos desconhecida Função destes microrganismos???

22 Fungos: –5 x x 10 5 por g de solo seco –limitados à superfície do solo –favorecidos em solos ácidos –ativos decompositores de tecidos vegetais –melhoram a estrutura física do solo Gêneros mais freqüentes: Penicillium, Mucor, Rhizopus, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma A microbiota do solo

23 Algas – x 10 5 por g de solo seco –abundantes na superfície –acumulação de matéria orgânica: solos nus, erodidos Protozoários e vírus - equilíbrio das populações - predadores de bactérias - parasitas de bactérias, fungos, plantas,... A microbiota do solo

24 REDUNDÂNCIA FUNCIONAL : Várias espécies de microrganismos realizam o mesmo processo, i.e., têm a mesma função. – Garante RESILIÊNCIA (recuperação) dos processos no solo- Cada espécie microbiana realiza várias funções. E. g. Azospirillum brasilense, Bradyrhizobium japonicum – fixadores de N 2 e desnitrificadores. Outros fixadores de N 2 participam dos Ciclos do C, P, S, etc.

25 Contribuição dos Microrganismos para a Formação ou Estabilização de Agregados do Solo Modificado de Rillig & Mummey (2006) Miller & Jastrow (1992)

26 Microrganismos e Agregação do solo. Fungos filamentosos Polissacarídeos e hifas de fungos como agentes agregantes de partículas do solo (Robert & Chenu, 1992)

27 1 2 Derxia gumosa – isolada de raízes de Oryza perenne em solo de várzea da região Amazônica. 1- Células em microscópio com contraste de fase, notar goma em volta das células. 2 – Aspecto da colônia em placas. Cortesia F.M.S. Moreira

28 Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos: pH: neutrófilos – pH 7.0 acidófilos – pH < 7.0 alcalófilos – pH > 7.0 Importância: Atividade enzimática Conformação protéica Disponibilidade de metais e elementos orgânicos

29 Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo -pH Moreira & Siqueira, 2006 Predomínio de Bactérias Predomínio de Fungos

30 Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo -Alumínio (Al 3+ ) e metais pesados

31 Moreira & Siqueira, 2006 Influência do pH na Incidência da Sarna da Batata (Streptomyces scabies)

32 Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos: O 2 : Aeróbicos obrigatórios Anaeróbicos obrigatórios Anaeróbicos facultativos Microaerófilos Aerotolerantes Importância: Respiração Reações de óxido-redução Atividade enzimática

33 Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo -Umidade do Solo

34 Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo -Temperatura e Radiação Solar

35 Chlamydomonas nivalis

36 Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos: Pressão osmótica (NaCl): Halotolerantes Halófilos Halófilos extremos Pressão hidrostática Barotolerantes Barófilos Não devem existir grandes diferenças na concentração de solutos dentro e fora da célula, pois podem desidratar-se ou romper- se.

37 Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos: Textura do substrato Estrutura do substrato Porosidade do substrato Agregação do substrato Água do substrato

38 Fatores que afetam o crescimento Fatores biológicos: Fauna e o substrato Ingestão Ciclagem de nutrientes Composição da comunidade Interações microbianas Neutralismo Comensalismo Protocoperação Mutualismo Competição Amensalismo/Antagonismo Parasitismo Predação

39 39 Interações entre Organismos que Afetam o Crescimento Microbiano Moreira & Siqueira, 2006 A depende de B em termos de: -Síntese de substratos -Destoxificação do ambiente Associação de benefícios mútuos para A e B, porém sem dependência obrigatória ou especificidade Interação obrigatória e específica entre A e B que traz benefício para ambos parceiros e cuja ausência os prejudica Inibição mútua quando A e B interagem em função da utilização de recursos necessários à sobrevivência (nutrientes, O2, etc.) Microrganismo B prejudica o microrganismo A sem obter benefício direto desta ação (Ex. produção de antibióticos) Interação específica entre o microrganismo B (parasita) que obtém benefício em detrimento do hospedeiro A (habitat) Associação entre A (presa) e B (predador)

40 Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo -Substratos e Fontes de Energia Moreira & Siqueira, 2006

41 Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo -Nutrientes Minerais Moreira & Siqueira, 2006 Crescimento microbiano Constituição de monômeros e macromoléculas Síntese de enzimas e outros biopolímeros Estabilização da parede celular Estrutura terciária do DNA e do RNA Divisão celular Interações simbióticas, etc.

42 Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo -Fatores de Crescimento Moreira & Siqueira, 2006

43 Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo -Efeitos Antropogênicos

44 Métodos de Avaliação de Ocorrência, Diversidade, Densidade e Atividade de Organismos do Solo

45 Avaliação (10% da Prova Teórica I) Faça uma revisão de literatura dos últimos anos (2012 e 2013) de artigos científicos que utilizaram métodos para avaliação da qualidade do solo envolvendo aspectos de Ecologia Microbiana. Uma das seguintes situações de solo deverão ser pesquisadas e apresentadas na próxima aula (11/09/2013) na forma de mini-seminários (15 minutos) -Sistemas de Manejo (plantio direto x plantio convencional) -Contaminação do solo com resíduos agrícolas -Contaminação do solo com metais pesados -Contaminação do solo com hidrocarbonetos -Contaminação do solo com pesticidas -Áreas de mineração -Solos salinos


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