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Microbiologia do solo e os ciclos biogeoquímicos.

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Apresentação em tema: "Microbiologia do solo e os ciclos biogeoquímicos."— Transcrição da apresentação:

1 Microbiologia do solo e os ciclos biogeoquímicos

2 Introdução Micorrganisamos e as atividades biológicas Solo: maior reservatório de microrganismos do planeta direta ou indiretamentre recebe todos os dejetos dos seres vivos ocorrendo a transformação da matéria orgânica em substâncias nutritivas 1 hectare de solo contém cerca de 0,5-4 toneladas de microrganismos

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4 Introdução

5 (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.) O ambiente solo

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

7 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 húmusagriculturageologia rochas mineraishúmus Solos minerais Solos orgânicos Centenas de anos

8 Presença de microrganismos heterotróficos nas várias profundidades do solo Profundidade UmidadeMat. orgânicaBactériasFungos (cm) (%) (%) (x 10 6 )/g (m/g) aeróbias anaeróbias ,2 4,4 242, ,0 1,5 3,10, ,5 0,5 1,90, ,5 0,6 0,90, ,9 0,4 0,70, ,3 0,4 0,150,01 0 Fonte: Lindegreen & Jensen, 1973

9 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 frequentes: Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas, Nocardia, Streptomyces, Micromonospora, Rizóbios Cianobactérias: pioneiras, fixação de N 2 A microbiota do solo

10 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: celulases, peroxidases, lacases, etc. –melhoram a estrutura física do solo Gêneros mais freqüentes: Penicillium, Mucor, Rhizopus, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma A microbiota do solo

11 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

12 Os ciclos Os ciclos biogeoquímicos (principais) Ciclo do Carbono Ciclo do Nitrogênio Ciclo do Fósforo Ciclo do Enxofre

13 O Carbono nos ecossistemas O Carbono compõe 18% da massa na terra: aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA), lipídios, carboidratos 0.03% da atmosfera é Carbono Principais gases que envolvem a terra: CO 2 e CH 4 Carbono como medida de produtividade

14 1 Pg = 1,000,000,000,000,000 g quatrilhões g g g g

15 Fixação/liberação de C CO 2 fixado via fotossíntese (autotroficamente em compostos biológicos) com liberação de O 2 Calcula-se que cada molécula de CO 2 da atmosfera é fixada via fotossíntese a cada 300 anos

16 CO 2 na atmosfera/ano (bilhões de toneladas) Outros

17 CO 2 aumentou em 30% desde a revolução industrial A maioria desse aumento é devido a queima de combustíveis fósseis e mudanças no uso da terra (desmatamento, queimadas, etc.) O Carbono e o aquecimento global (pp m) Concentração atmosférica de CO 2 (ppm)

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19 Processos do Fluxo de Energia, Carbono e Nutrientes no Sistema Solo-Planta-Organismos Moreira & Siqueira,

20 Moreira & Siqueira, 2006 Transformações e Ciclagem de C, N, P e S no Sistema Solo-Planta Mediados pela Microbiota do Solo 20

21 Atividade Decompositora no Solo 96% respiração total do solo 21

22 Biomassa Microbiana Parte viva da matéria orgânica do solo, composta por todos os organismos menores que m 3 – Fungos, bactérias, actinobacterias, leveduras e microfauna (protozoários) - Cerca de 98% do C-orgânico do solo é matéria orgânica morta - 2% do C-orgânico do solo é composto pela fração viva. 5 a 10% - Raízes 15 a 30% - Macrofauna 60 a 80% - Microrganismos (1 a 5% da MOS total) BIOMASSA 22

23 Decomposição da Matéria Orgânica - Macrorganismos = reguladores da degradação (engenheiros) - Microrganismos = Transformadores Macrofauna Representantes no nível trófico mais alto na cadeia Microrganismos Decompositores primários Produtores primários 23

24 Degradabilidade dos Constituintes dos Resíduos Orgânicos Celulose - Polissacarídeo de maior ocorrência natural - Insolúvel em água - Principal componente dos vegetais - Decomposição: -Celulase: microrganismos celulolíticos -Microrganismos aeróbios: via CTA -Solos: úmidos (fungos), semi-áridos (bactérias) -Fatores: pH, água, temperatura, O 2 24

25 Hemicelulose e Pectinas - Segundo maior componente dos vegetais - Polissacarídeo de pentoses, hexoses e ácidos urônicos - Ex: Xilanas, mananas e galactanas -Pectinas = importante componente da lamela média da parede celular das plantas - Decomposição: -Bacillus: xilanas -Erwinia, Clostridium, Pseudomonas e Bacillus Produzem protopectina, pectina e ácido péctico - Fungos patogênicos produzem enzimas que facilitam sua penetração 25

26 Lignina - 25% da fitomassa seca produzida na biosfera (35% da madeira) - Biopolímero mais abundante na biosfera (recalcitrância) - Estrutura complexa – sub-unidades aromáticas sem ligações idênticas - Em materiais lignocelulósicos, protege a celulose e a hemicelulose - Baixa taxa de degradação = Baixa incorporação do C à biomassa microbiana - Decomposição: -Laccases e peroxidases -Teor de lignina: relação inversa com a taxa de decomposição -Basidiomicetos e alguns ascomicetos -Fatores edáficos influenciam na atividade e competição dos decompositores 26

27 Estrutura e Rota de Degradação Microbiana da Lignina no Solo Lacases e Peroxidases 27

28 Importante na atividade dos processos bioquímicos responsáveis pela reciclagem de nutrientes e outros benefícios para a ecologia do solo Taxa de Decomposição dos Resíduos Orgânicos Depositados no Solo Moreira & Siqueira,

29 Microrganismos podem ter várias respostas positivas e negativas à mudança climática global Aumentos das temperaturas fazem com que os microrganismos decomponham os resíduos orgânicos mais rapidamente (> emissão de CO 2 que incorporação via plantas fotossintéticas) Microrganismos e o aquecimento

30 O degelo das capas polares pode estar trazendo de volta à vida formas virulentas de microrganismos que estavam dormentes no gelo O aumento da agropecuária tem aumentado a produção de CH 4 produzido pelos microrganismos (archaea, protozoários, leveduras, etc.) que vivem no estômago de ruminantes como ovelhas, gado, búfalos, camelos, etc. CH 4 absorve 20% a mais de calor que CO 2 Produção de vacina para reduzir a emissão de CH 4 Microrganismos e o aquecimento

31 Aumentos das temperaturas aumentam as áreas biogeográficas de microrganismos infecciosos: malária, dengue, febre amarela, viroses, etc. Aumentos nas populações microbianas oceânicas: Vírus: o total de C em vírus nos oceanos equivale ao C de 75 milhões de baleias azuis (média de 100 ton cada х 75,000,000 = kg de C) Microrganismos e o aquecimento

32 Áreas de tundra e do ártico estão com T mais elevadas, aumentando a produção de CH 4 (Archaeas metanogênicas), muito mais nocivo que CO 2 como gás de efeito estufa Microrganismos e o aquecimento

33 Mudanças causando alterações nas concentrações de populações oceânicas de microrganismos Microrganismos e o aquecimento

34 Fertilizar os oceanos com Fe para aumentar as populações de algas (fitoplâncton) e outros microrganismos como Prochlorococcus e Synechococcus que absorvem quantidades enormes de CO 2 Prochlorococcus e Synechococcus (cianobactérias) absorvem cerca de 700 bilhões de toneladas de CO 2 por ano, o que é 2/3 de todo o CO 2 fixado anualmente nos oceanos Microrganismos e as soluções

35 Utilização de certos microrganismos para a extração de biocombustíveis Utilização de microrganismos geneticamente modificados para aumentar a produtividade de plantas para extração de óleo (biocombustíveis) Utilização de celulose (hemicelulose) para produzir etanol Sulfolobus solfatarius - archaea Trichonympha sp. - protozoário Trichoderma reesei - fungo Microrganismos e as soluções

36 O ciclo do Nitrogênio O Nitrogênio compõe 80% dos gases da atmosfera Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), clorofila, etc. Fixação do N 2 atmosférico é necessária para que o mesmo possa ser utilizado Fixação biológica (grande maioria), via queimadas, lava ou via raios, antrópica (Haber-Bosch)

37 O ciclo do Nitrogênio Formas quimicamente disponíveis de N: amônio (NH 4 + ), nitrato (NO 3 - ), e uréia ((NH 2 ) 2 CO) Elemento versátil que pode ser encontrado na forma orgânica e inorgânica

38 O ciclo do Nitrogênio

39 Fixação/liberação de N 5 processos principais ciclam N: Fixação (biológica ou não) Absorção (microbiana) Mineralização (decomposição) Nitrificação Desnitrificação Os microrganismos (notadamente bactérias) têm um papel fundamental na ciclagem do N Bactérias de vida livre Bactérias simbióticas

40 Fixação do N N 2 NH 4 + ou NO 3 - Única forma que os organismos conseguem obter N da atmosfera Simbiontes como Rhizobium + plantas, Frankia + Alnus, etc.: N em troca por carboidratos e ambiente favorável

41 Fixação do N Fixadores de vida livre (ambientes aquáticos principalmente): Cyanobacteria, Azotobacter, Clostridium

42 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

43 Mineralização do N N orgânico NH 4 + Decomposição: N orgânico transformado em N inorgânico (NH 4 + ) por fungos e bactérias - actinobacterias, 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

44 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 Nitrossomonas Nitrobacter

45 Desnitrificação NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 Processo anaeróbico feito por bactérias desnitrificadoras 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


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