A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

O ciclo do Nitrogênio. Introdução O Nitrogênio compõe 78% dos gases da atmosfera A maioria do N do solo ligada a MO Quarto elemento mais abundante nas.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "O ciclo do Nitrogênio. Introdução O Nitrogênio compõe 78% dos gases da atmosfera A maioria do N do solo ligada a MO Quarto elemento mais abundante nas."— Transcrição da apresentação:

1 O ciclo do Nitrogênio

2 Introdução O Nitrogênio compõe 78% dos gases da atmosfera A maioria do N do solo ligada a MO Quarto elemento mais abundante nas plantas (C, O 2, H 2, N) Está presente em aminoácidos, proteínas, bases nitrogenadas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), hormônios, clorofila, etc. 2

3 Introdução Na atmosfera na forma de gás constituída por 2 átomos de N Para ser absorvida deve estar na forma iônica: NH 4 + ou NO 3 -- Fixação do N 2 atmosférico é necessária para que o mesmo possa ser utilizado Fixação espontânea (queimadas, raios, lava), fixação biológica (grande maioria), ou fixação industrial (Haber-Bosch) 3

4 O ciclo do Nitrogênio

5 Fixação do N N 2 NH 4 + ou NO 3 - Única forma que os organismos conseguem obter N da atmosfera Simbiontes como Rhizobium + legumes, Frankia + Alnus, etc.: N em troca por carboidratos e ambiente favorável Fixadores de vida livre (ambientes aquáticos principalmente): Cyanobacteria, Azotobacter, Clostridium

6 Absorção do N NH 4 + N orgânico NH 4 + é rapidamente incorporado em proteínas e outros compostos nitrogenados orgânicos pelas plantas ou organismos do solo Consumidores no topo da cadeia alimentar usam esse nitrogênio fixado

7 Mineralização do N N orgânico NH 4 + Decomposição: N orgânico transformado em N inorgânico (NH 4 + ) por fungos e bactérias - actinomicetos, fungos e bactérias modificam o N da MO de NH 3 + a NH 4 + Esse NH 4 + pode então ser usado por plantas ou transformado a NO 2 - e NO 3 - via nitrificação

8 Nitrificação NH 4 + NO 2 - NO 3 - Bactérias transformam amônio a nitrato ganhando energia Ocorre apenas em ambientes aeróbicos NH 4 + se adsorve as partículas de solo com carga negativa NO 3 - é lixiviado com redução da fertilidade do solo e contaminação do lençol freático NitrossomonasNitrobacter

9 Denitrificação NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 Processo anaeróbico feito por bactérias denitrificadoras N 2 O é um gás de efeito estufa Esta é a única transformação que remove N dos ecossistemas (irreversível) e faz o balanço do ciclo do N

10 Processos da fixação biológica do N 2 Fixação Biológica N 2 2NH H 2 Mediadores: enzima nitrogenase com proteção ao O 2, doadores de e -, ATP, Mg, Fe, Co, esqueletos carbonados Fonte de fixaçãoToneladas/ano N no solo N Mineralizado Absorção total de N N denitrificado N perdido (erosão/lixiviação) Fixação biológica total Leguminosas Gramíneas Ecossistemas florestais Outros Adaptado de Craswell

11 Processos da fixação biológica do N 2 Fixação espontânea (10% do total fixado biologicamente) Alguns dos processos: N 2 + O 3 (ozônio) N 2 O (óxido nitroso) + O 2 (ozonização do N 2 ) N 2 0 NO (óxido nítrico) + N (fotólise do N 2 ) NO + O 3 NO 2 (dióxido de N) + O 2 (ozonização do N 2 ) 3NO 2 + H 2 O 2HNO 3 (ácido nítrico) + NO (hidratação do N 2 ) NH 3 + O NO 3 - (oxidação do N 2 ) 5

12 Processos da fixação biológica do N 2 Processos industriais (Haber-Bosch) N 2 + H 2 2NH 3 + Mediadores 1000 C ATMs 6

13 Fixação biológica do N 2 A maioria do nitrogênio presente nos ecossistemas terrestres e aquáticos é fixado por organismos diazotróficos, que fixam N 2 em formas usáveis (NH 3 + ) Oferecem forma não poluente de aumentar a produção agrícola Reduzem a fertilização artificial (redução de custos) Reduzem a emissão de gases de efeito estufa como N 2 O Reduzem a lixiviação de NO 3 -- para os lençóis freáticos 7

14 A maioria dos diazotróficos pertence às Bacterias, mas também há representantes do grupo Archaea Anaeróbicos, anaeróbicos facultativos, aeróbicos e microaerófilos São divididos em: De vida livre Associativos Simbióticos Fixação biológica do N 2 8

15 Anaeróbicos: não toleram O 2 mesmo quando não estão fixando N 2. Encontrados em: Materiais em decomposição – Clostridium Sedimentos oceânicos, redutoras de SO 4 2- – Desulfovibrio Intestinos de animais – Archaea metanogênicas Diazotróficos e seu metabolismo 10

16 Anaeróbicos facultativos: crescem tanto na presença quanto na ausência de O 2, mas só fixam N 2 anaerobicamente. Exemplos: Klebsiella pneumoniae Paenibacillus polymyxa Bacillus macerans Escherichia intermedia Diazotróficos e seu metabolismo 11

17 Aeróbicos: necessitam de O 2 para crescer, contudo a nitrogenase, enzima essencial para a fixação, é debilitada se entrar em contato direto com o O 2. Exemplos: Azotobacter vinelandii Azomonas Beijerinckia Diazotróficos e seu metabolismo 12

18 Aeróbicos fototróficos: bactérias fotossintéticas que geram O 2 como subproduto da fotossíntese e, além disso, fixam N 2. Exemplos: Anabaena cylindrica Nostoc commune Plectonema sp. Outras cianobactérias: Trichodesmium (nos aceanos), etc. Diazotróficos e seu metabolismo 13

19 Microaerófilos: aeróbicos somente quando não fixam N 2. Exemplos incluem: Mycobacterium Azospirillum Rhizobium Frankia Diazotróficos e seu metabolismo 14

20 Diazotróficos de vida livre Beijerinckia e gramíneas (cana-de-açúcar) Enterobacteraceae: Klebsiella Enterobacter Azotobacteraceae: Azotobacter Azomonas 15

21 Diazotróficos Associativos Segundo Baldani et al. (1997), divididos em 2 grupos: Endofíticos facultativos Rizosfera e interior das raízes, colmos, e folhas: Azospirillum, Herbaspirillum, Acetobacter Endofíticos obrigatórios Colonizam o interior das raízes, colmos, e folhas: Gluconacetobacter, Azoarcus, Herbaspirillum, Burkholderia, Alcaligenes, Erwinia, Bacillus, etc. 16

22 Diazotróficos simbióticos Exemplos de famílias de simbiontes vegetais Fabaceae: soja, feijão, ervilha, trevo, vassoura-de-bruxa, alfafa, Lupinus, Sesbania, Oxytropis, Astragalus, etc. Leguminosae: Ulex, Mimosa Gramíneas: cana-de-açúcar, sorgo, milho, trigo Arecaceae: Welfia (palmeira) Gunneraceae: Gunnera (nalca) Betulaceae: Alnus (Alder) Casuarinaceae: Casuarina Eleagnaceae: Shepherdia (amora de búfalo) Zamiaceae: Ceratozamia (cícada) Rhamnaceae: Ceanothus (arbusto da neve) Myricaceae: Myrica Rosaceae: Cercocarpus (mogno da montanha), Purshia (arbusto amargo) 19

23 Leguminosas são cultivadas em 250 milhões de ha no mundo, e fixam por volta de de toneladas de N/ano, contribuindo com cerca de 50% do N usado na agricultura Legumes podem fixar até 600 kg de N/ha/ano (trevos); soja e feijão fixam de 150 a 450 kg/ha/ano Programas de inoculação com o microsimbionte Diazotróficos simbióticos: leguminosas 20

24 Genes específicos fazem o reconhecimento, contato, e penetração O 2 ligado a leghemoglobina nos nódulos onde estão as bactérias simbiontes e liberado em taxas que não danificam a nitrogenase Diazotróficos simbióticos: leguminosas 21

25 Diazotróficos simbióticos: leguminosas Ordem Proteobacteria, Classe Alphaproteobacteria Família Rhizobiaceae: Allorhizobium spp., Rhizobium spp., Ensifer spp. Família Bradyrhizobiaceae: Bradyrhizobium spp. Família Phyllobacteriaceae: Mesorhizobium spp. Família Hyphomicrobiaceae: Azorhizobium spp. Outros: Burkholderia, Cupriavidus, Devosia, Herbaspirillum, etc. 22

26 Associam com gramíneas de interesse agrícola como cana-de-açúcar, arroz, trigo, sorgo, milho, cevada, centeio, aveia, etc. Associam-se com gramíneas de interesse pastoril como Spartina, Pennisetum, capim colonião, capim elefante, etc. Diazotróficos simbióticos: gramíneas 23

27 Ordem Proteobacteria, Classe α-, β-, e γ-proteobacteria Nas raízes, talos e folhas : Alcaligenes, Azoarcus, Azonexus, Azorhizobium, Azospirillum, Azotobacter, Azydromonas, Bacillus, Beijerinckia, Burkholderia, Dechloromonas, Delftia, Derxia, Geobacter, Gluconacetobacter, Herbaspirillum, Ideonella, Klebsiella, Methylobacterium, Methylocella, Methylocystis, Methylosinus, Mesorhizobium, Paenibacillus, Pelomonas, Pseudomonas, Raoultella, Rhizobium, Rhodoblastus, Rhodovulum, Xanthobacter, etc. Diazotróficos simbióticos: gramíneas 24

28 Associações simbióticos com Frankia Frankia Bactérias actinorrizas (actinomicetos) que se associam com várias angiospermas formando nódulos: Allocasuarina, Alnus, Casuarina, Ceanothus, Coriaria, Datisca, Dryas, Myrica, Purshia, Shepherdia, etc. Podem fixar até 90 kg de N/ha/ano 25

29 Heterocitadas e não-heterocitadas Além da fixação de nitrogênio em vida livre, também fixam simbioticamente Associam-se com fungos, liquens, briófitas, pteridófitas, cícadas, palmeiras, diatomáceas marinhas, plâncton marinho, etc. Associação com animais: no estômago de alguns animais, como cupins Associações simbióticas com Cianobactérias 26

30 Anabaena azollae (=Nostoc) Cianobactérias fotossintetizam e também fixam N 2 (100 kg/ha/ano) Associa-se as folhas da pteridófita aquática Azolla Azolla usada como fertilizante na agricultura (arroz irrigado) Associações simbióticas com Cianobactérias 27

31 Iniciação e desenvolvimento dos nódulos Rhizobium associa-se a seu simbionte(leguminosas) e induz a formação de nódulos nas raízes e talos usando diferentes mecanismos: Contato do inóculo com os pelos radiculares (reconhecimento) Início da deformação e curvatura dos pelos radiculares Superfície do pelo radicular hidrolisado para permitir a penetração dos pelos radiculares e a formação do fio de infecção 28

32 Penetração via feridas Inóculo se move em direção ao córtex da raiz O inóculo nunca recebe acesso livre intracelular Penetração de primórdios nos talos, como é o caso de Sesbania Iniciação e desenvolvimento dos nódulos 29

33 Proliferação do inóculo em células do córtex adjacentes ao ponto de entrada via pelo radicular formando os nódulos Formação de um primórdio nodular e liberação da bactéria nas células do córtex (envoltas por uma membrana peribacteróide que protege a bactéria das defesas do simbionte vegetal) Iniciação e desenvolvimento dos nódulos 30

34 Modificações gênicas durante a formação dos nódulos (gene nodD) produzindo oligossacarídeos específicos responsáveis pela formação dos nódulos Produção de flavonóides (compostos fenólicos complexos) pelas plantas, responsáveis pelo reconhecimento. Esses também são encontrados nas micorrizas Iniciação e desenvolvimento dos nódulos 31

35 N 2 fixado a NH 3 + convertido no simbionte vegetal a asparagina via glutamina, glutamato e aspartato Glutamanto e aspartato sintetizam purinas (xanteinas) e estas são convertidas a ureídeos, alantoína e ácido alantóico Várias proteínas só formadas quando em simbiose (nodulinas, leghemoglobina, nitrogenase, uricase, glutamina sintetase, etc.) Funcionamento dos nódulos 33

36 Adições de micróbios benéficos Inoculantes na forma liquida, desidratada, encapsulados em polímeros (poliacrilamida ou alginato de Ca) Inoculantes produzidos por fermentação semi-solida Mercado promissor (R$) Produção de inoculantes 34


Carregar ppt "O ciclo do Nitrogênio. Introdução O Nitrogênio compõe 78% dos gases da atmosfera A maioria do N do solo ligada a MO Quarto elemento mais abundante nas."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google