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Microrganismos do Solo e o Ciclo do Carbono Disciplina: Ecologia Microbiana 1.

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Apresentação em tema: "Microrganismos do Solo e o Ciclo do Carbono Disciplina: Ecologia Microbiana 1."— Transcrição da apresentação:

1 Microrganismos do Solo e o Ciclo do Carbono Disciplina: Ecologia Microbiana 1

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

3 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 3

4 1 Pg = 1,000,000,000,000,000 g quatrilhões g g g g 4

5 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 5

6 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 6

7 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 7

8 Resumo dos Processos do Ciclo de Oxi-Redução do Carbono Redução 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 8

9 (70-120) 9

10 Moreira & Siqueira, 2006 Transformações e Ciclagem de C, N, P e S no Sistema Solo-Planta Mediados pela Microbiota do Solo 10

11 Atividade Decompositora no Solo 96% respiração total do solo 11

12 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 12

13 Características da Biomassa Microbiana Muito dinâmica, responsável por grande parte da atividade biológica do solo; Catalisa as transformações bioquímicas, representando fonte e dreno de C e troca de nutrientes entre a atmosfera e o ecossistema solo-planta; Destino inicial do C em transformação; Principal fonte de enzimas do solo; Atividade catalisadora – De 15 a 30% da população total é ativa (depende das condições); Atividade: - Fungos = 700 a kg ha -1 ; Tempo de geração = 4 a 8 horas (2-10% atividade) - Bactérias = 500 a 750 kg ha -1 ; Tempo de geração = 0,5 hora (15-30% atividade) - Microfauna = < 50 kg ha -1 ; Tempo de geração = 2 a 4 horas (pouco conhecida) Os valores de biomassa variam muito com o tipo de solo, vegetação e clima 13

14 Enzimas do Solo São proteínas com ação catalítica e alta especificidade funcional que viabilizam reações que sustentam o metabolismo celular. Origem: microrganismos, plantas e animais Classificação: Quanto ao local de atividade - Extracelulares - Intracelulares Quanto à posição de ataque no polímero - Exoenzima - Endoenzima Características: - Alta especificidade de reação - Não são consumidas na reação - Sujeitas à indução, ativação, inibição, desnaturação e biodegradação - Alta resistência (alta estabilidade térmica e resistência ao ataque de proteases) 14

15 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 15

16 Decomposição = Quebra do material orgânico particulado, geralmente na forma de polímeros, em materiais solúveis que são absorvidos pelas células microbianas 16

17 Decomposição = Processo complexo, cuja velocidade do processo pode ser medida por diferentes maneiras: a) Quantidade de C evoluída como CO 2 (C-CO 2 ); b) Estimativa da biomassa formada com base na eficiência de conversão microbiológica dos substratos em decomposição; 17

18 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 18

19 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 19

20 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 20

21 Estrutura e Rota de Degradação Microbiana da Lignina no Solo Lacases e Peroxidases 21

22 Amido - Mistura de polímeros de glicose (amilose e amilopectina) - Poucos microrganismos aptos à degradação (actinobactérias) Lipídeos - Ácidos graxos e álcoois (ésteres) - Quitina: importante componente do exoesqueleto de artrópodes, da parede celular de fungos, de algumas algas e de ovos de nematóides - Degradação: -Cutina – Leveduras, bactérias e fungos -Quitina – Quitinase e gliconase - Taninos – Aspergillus e Penicillium Proteínas - Alto teor de N – fácil decomposição - Pode persistir no solo (adsorção/complexação). Ex: proteínas Cry de plantas transgênicas Bt - Associação com taninos, lignina e argilas - Degradação: proteases; Queratina degradada por fungos queratinolíticos 22

23 Outras Substâncias Orgânicas - Exsudatos - Produtos da Decomposição - Compostos aromáticos (decomposição da lignina; sintetizados por fungos e plantas) - Compostos alifáticos (etileno e ácidos orgânicos alifáticos) - Metabólitos microbianos Ex: fármacos, toxinas, fitorreguladores (ácido giberélico, auxinas, citocininas, ácido fusárico, ácido abcísico, ácidos graxos), agentes de biocontrole, enzimas e polissacarídeos 23

24 Fatores que Favorecem a Decomposição de Resíduos Orgânicos a)Resíduos com baixo teor de lignina ou compostos fenólicos, altos teores de materiais solúveis e partículas de tamanho reduzido com baixa relação C:N, além do próprio teor de N; b)Condições físicas e químicas do solo que maximizem a atividade biológica (temperatura entre o C, umidade próxima à capacidade de campo e aeração adequada); c)Ausência de fatores tóxicos no resíduo ou no solo que podem limitar a atividade dos heterotróficos decompositores. 24

25 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,

26 Substratos primários reciclagem 26

27 Húmus - Considerado um estado indefinido da matéria orgânica do solo - Formado por moléculas recalcitrantes de origem vegetal e microbiana - Rico em compostos fenólicos - Grande estabilidade química - Sub-produto da decomposição dos resíduos orgânicos - Efeitos do húmus no solo: -Aumenta a retenção de água -Aumenta a reserva de nutrientes -Aumenta a CTC -Reduz a erosão -Efeitos fisiológicos sobre plantas -Quelantes de metais e poluentes 27

28 Mineralização da Matéria Orgânica -Processo envolvido na transformação de substâncias orgânicas de baixo peso molecular em formas inorgânicas. - Última etapa da transformação dos materiais orgânicos no solo a qual ocorre simultaneamente com a imobilização de nutrientes minerais para atender a demanda nutricional da microbiota decompositora 28

29 -Substratos pobres adicionados ao solo apresentam relação C:N > 30:1 e, por isso, há um déficit acentuado de N. Alternativas para Evitar Deficiências de N -Incorporar os resíduos com alta relação C:N, no mínimo 60 dias antes do plantio; - Adicionar fertilizantes nitrogenados sempre que os resíduos de alta relação C:N forem incorporados ao solo destinados ao plantio imediato; -Manutenção dos restos culturais na superfície do solo - Fazer a compostagem do material antes de sua aplicação, reduzindo a relação C:N. 29


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