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

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1 Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes Disciplina: Ecologia Microbiana 1

2 Nitrogênio: Principais Formas O Nitrogênio compõe ~80% dos gases da atmosfera O Nitrogênio compõe ~80% dos gases da atmosfera Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), clorofila, etc. 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 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) Fixação biológica (grande maioria), via queimadas, lava ou via raios, antrópica (Haber-Bosch) 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 N 2 + 3H 2 2NH 3 + energia 250 atm 450 o C 2

3 Estoque de Nitrogênio no Globo Terrestre N na litosfera (rochas, fundo oceanos, sedimentos) = g N (98% total) N na forma gasosa (N 2 ) = 3, g N (78% na atmosfera terrestre) N na biosfera = 2,8 a 6, g N (96% N-org na matéria orgânica morta e apenas 4% nos organismos vivos) Distribuição de N no solo: - N 2 = kg ha -1 - N-orgânico = kg ha -1 - N-NH 4 + = 10 kg ha -1 - N-NO 3 - = 50 kg ha -1 94% nas plantas 4% na microbiota 2% nos animais 3

4 O Ciclo do Nitrogênio 4 FBN – 175 Milhões ton. / ano Moreira & Siqueira (2006)

5 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

6 Compartimentos e Principais Transformações Biológicas do N no Solo 1)Amonificação 2)Desnitrificação 3)Nitrificação 4)Absorção (plantas) 5)Imobilização NO 3 - 6)Imobilização NH 4 + 7)Redução NO 3 - a NH 4 + 8)Decomposição 9)Fixação N

7 Fixação Biológica do N N 2 + 8H ATP + 8 e - 2NH 3 + H ADP + 16 Pi Única forma que os organismos conseguem obter N da atmosfera Nitrogenase Habitats - Vida livre (solo, rizosfera, filosfera, água doce ou salgada, etc.) e.g. Azospirillum, Azotobacter, Derxia, Beijerinckia, Bacillus, etc. - Trato intestinal de certos animais (e.g. cupins: Enterobacter) - Associações vegetais: a) Endofíticos (dentro de raízes, caules, folhas, sementes) Ex. Azospirillum spp. (lipoferum, a) Endofíticos (dentro de raízes, caules, folhas, sementes) Ex. Azospirillum spp. (lipoferum, brasiliense, amazonense) etc. brasiliense, amazonense) etc. b) Endofíticos obrigatórios (Azoarcus spp, Herbaspirillum spp., Gluconobacter (Acetobacter)) b) Endofíticos obrigatórios (Azoarcus spp, Herbaspirillum spp., Gluconobacter (Acetobacter)) - Simbiose com fungos, diatomáceas e varias espécies vegetais Nostoc & fungos, diatomáceas, Briófitas, Gimnospermas, Angiospermas; Anabaena & Azolla spp. Frankia & espécies de 8 famílias botânicas Rizóbio & Leguminosas 7

8 Associação Simbiótica Rizóbio - Leguminosas Nódulos caulinares em Sesbania rostrata por Azorhizobium caulinodans 8

9 Nódulos radiculares Bacteróides dentro dos nódulos Rizóbio fora dos nódulos B Colônias em placa Cortesia F.M.S. Moreira (UFLA) 9

10 Estimativa da FBN em Leguminosas 10

11 Estimativa da FBN em Leguminosas 11

12 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

13 Mineralização do N N orgânico NH 4 + Decomposição: N orgânico transformado em N inorgânico (NH 4 + ) - 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 Rápida em ambientes oxidados Lenta em ambientes reduzidos

14 Nitrificação NH 4 + NO 2 - NO 3 - Nitritação Nitratação 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

15 Fatores Ambientais que Afetam a Nitrificação Aeração: estritamente aeróbico Temperatura: ideal = 26 a 32 o C Umidade: ideal para crescimento microbiano pH: 7,0 a 7,6 Fertilizantes: amoniacais em solos alcalinos – inibe MO e relação C:N: alta – imobilização do N Fatores tóxicos: metais e substâncias orgânicas 15

16 Desnitrificação NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 Processo anaeróbico feito por bactérias desnitrificadoras (Gram – anaeróbicas facultativas) Thiobacillus, Pseudomonas, Micrococcus 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

17 Desnitrificação Principal via de perda de N (2NO C 6 H 12 O 6 6CO 2 + 6H 2 O + N 2 ) - Benéfico em termos globais (manutenção da temperatura) - Solos cultivados: perda de 20 a 30% do N aplicado Fatores que regulam a desnitrificação - pH e temperatura: pH 6 a 8 e 15 a 20 o C - Umidade e aeração = acima de 60% - Teor de NO 3 - e carbono 17


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