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Microbiologia do Solo. Solo : maior reservatório de microrganismos do planeta direta ou indiretamente recebe todos os dejetos dos seres vivos local de.

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1 Microbiologia do Solo

2 Solo : maior reservatório de microrganismos do planeta direta ou indiretamente recebe todos os dejetos dos seres vivos local de transformação da matéria orgânica em substâncias nutritivas com grande abundância e diversidade de microrganismos 1 hectare de solo pode conter até 4 tons de microrganismos Introdução

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4 Perfil do solo Definição: Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais de húmusagriculturageologiarochasmineraishúmus Solos minerais Solos orgânicos Centenas de anos

5 O solo como hábitat microbiano Principais fatores que afetam a atividade: - Umidade - Status nutricional

6 O efeito rizosférico Rizosfera Região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato

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

8 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

9 Sistemas biológicos: –plantas –animais –Microrganismos: grande diversidade e abundância Dependendo de: nutrientes umidade aeração temperatura pH interações Constituintes do solo

10 Presença de microrganismos nas várias profundidades do solo Profundidade Umidade Mat. orgânica BactériasFungos (cm) (%) (%) (x 10 6 )/g (m/g) aeróbias anaeróbias ,2 4,4 24 2, ,01,5 3,1 0, ,5 0,5 1,9 0, ,50,6 0,90, ,90,4 0,70, ,30,4 0,150,010 Fonte: Lindegreen & Jensen, 1973

11 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

12 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

13 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

14 Microrganismos e os ciclos da matéria Terra: quantidade praticamente constante de matéria Mudanças no estado químico produzindo uma grande diversidade de compostos. Ciclo carbono Ciclo nitrogênio Ciclo do enxofre Ciclo do ferro

15 O ciclo do carbono Principais reservatórios de carbono na Terra Reservatório Carbono (gigatons) % total de carbono na Terra Oceanos 38 x 10 3 (>95% C inorgânico) 0,05 Rochas e sedimentos75 x 10 6 (>80% C inorgânico) > 99,5 Biosfera terrestre 2 x ,003 Biosfera aquática 1-2 0, Combustíveis fósseis 4,2 x ,006 Hidratos de metano ,014

16 Transformações bioquímicas do carbono Fixação do CO 2 CO 2 + 4H(CH 2 O) + H 2 O –Plantas –bactérias verdes e púrpuras fotossintetizantes –algas –cianobactérias –bactérias quimiolitróficas –algumas bactérias heterotróficas: »CH 3 COCOOH + CO 2 HOOCCH 2 COCOOH ácido pirúvicoácido oxaloacético O mecanismo mais rápido de transferência global do carbono ocorre pelo CO 2

17 Transformações bioquímicas do carbono Degradação de substâncias orgânicas complexas celulose (40-50% dos tecidos vegetais) hemiceluloses (10-30% dos tecidos vegetais) lignina (20-30%) Celulose celobiose (n moléculas) celulases Celobiose 2 glicose -glicosidase Glicose + 6CO 2 6CO 2 + 6H 2 O

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19 Transformações bioquímicas do nitrogênio O N é encontrado em vários estados de oxidação (-3 a +5) O nitrogênio gasoso corresponde a forma mais estável, assim a atmosfera é o maior reservatório (contrário do carbono) - A alta energia para quebra de N 2 indica que o processo demanda energia. -Relativamente, um número pequeno de microrganismos é capaz disso - Em diversos ambientes, a produtividade é limitada pelo suprimento de N. - Importância ecológica e econômica envolvida na fixação

20 Fixação simbiótica: Kg/ha.ano 90% pelas leguminosas Economia em fertilizantes nitrogenados Associações simbióticas fixadoras: –Anabaena - Azolla –Frankia - Alnus –Rizóbios - Leguminosas Transformações bioquímicas do nitrogênio Fixação do nitrogênio atmosférico N 2 NH 3 aminoácidos

21 etapas da formação de um nódulo: –reconhecimento: lectinas –disseminação: citocininas células tetraplóides –formação dos bacteróides nas células –leghemoglobina –maturidade: fixação do nitrogênio –senescência do nódulo: deterioração Transformações bioquímicas do nitrogênio Rizóbios - Leguminosas

22 Associação simbiótica rizóbios-leguminosas

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24 Redução de acetileno: medida da capacidade fixadora

25 Proteólise: Proteínas Peptídeos Aminoácidos Transformações bioquímicas do nitrogênio Amonificação (desaminação) –CH 3 -CHNH 2 -COOH + ½O 2 CH 3 -CO-COOH + NH 3 »alanina ác. pirúvico amônia »A amônia é rapidamente reciclada, mas uma parte volatiliza

26 Transformações bioquímicas do nitrogênio Nitrificação: - produção de nitrato - Solos bem drenados e pH neutro Embora seja rapidamente utilizado pelas plantas, também pode ser lixiviado quando chove muito (muito solúvel). Uso de inibidores da nitrificação na agricultura - Etapas: Nitritação: oxidação de amônia a nitrito 2NH 3 + 3O 2 2HNO 2 + 2H 2 O (Nitrosomonas, Nitrosovibrio, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus) Nitratação: oxidação de nitrito a nitrato NO ½O 2 NO 3 - (Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus, Nitrospira)

27 Utilização do nitrato: Redução assimilatória: plantas e microrganismos –NO e - + 9H + NH 3 + 3H 2 O Transformações bioquímicas do nitrogênio Desnitrificação : ocorre em condições de anaerobiose como aceptor de elétrons. redução de nitratos a N 2 (nitrogênio atmosférico) –2NO 3 2NO 2 2NO N 2 O N 2 (Agrobacterium, Alcaligenes, Thiobacillus, Bacillus etc.) - Como o N 2 é menos facilmente utilizado que o nitrato como fonte de N, esse processo é prejudicial pois remove o N fixado no ambiente. - Por outro lado, é importante no tratamento de efluentes

28 Transformações bioquímicas do enxofre Oxidação do enxofre elementar: –2S + 2H 2 O + 3O 2 2H 2 SO 4 2H + + SO 4 = –ex. Thiobacillus thioxidans O S 0 também pode ser reduzido pela respiração anaeróbia As transformações do enxofre são ainda mais complexas que do nitrogênio: - Devido à variedade de estados de oxidação (-2 a +6) (S-orgânico a sulfato) - Porém, apenas 3 estados de oxidação se encontram em quantidade significativas na natureza (-2, 0, +6) Alguns componentes do ciclo:

29 Transformações bioquímicas do enxofre Degradação (oxid/red) de comp. orgânicos sulfurados: –cisteína + H 2 Oácido pirúvico + NH 3 + H 2 S Utilização dos sulfatos: –plantas –microrganismos S é incorporado a aminoácidos : »cistina »cisteína »metionina

30 Transformações bioquímicas do enxofre Redução de sulfatos (por bactérias amplamente distribuídas na natureza) –anaerobiose CaSO 4 + 8HH 2 S + Ca(OH) 2 + 2H 2 O » Desulfovibrio - Necessidade da presença de compostos orgânicos (doadores de e-) Oxidação de sulfato –bactérias fototróficas CO 2 + 2H 2 S(CH 2 O) + H 2 O + 2S enzimas/luz

31 Transformações bioquímicas do ferro Um dos elementos mais abundantes Naturalmente encontrado em apenas dois estados de oxidação O O 2 é o único aceptor de elétrons que pode oxidar o ferro Fe 2+, e em pH neutro. Em condições ácidas ocorre o crescimento de acidófilos oxidantes do ferro. Comum em solos alagados e pântanos Precipitação de depósitos marrons de ferro

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