Microbiologia do Solo: Formação do Solo, Microrganismos, Funções Disciplina: Ecologia Microbiana Microbiologia do Solo: Formação do Solo, Microrganismos, Funções

Introdução Szabolcs (1994)

(controlado pelo relevo) Formação do Solo - Solo = f (material de origem, clima, organismos, relevo e tempo) CLIMA E ORGANISMOS PROCESSOS TEMPO (controlado pelo relevo) Material de origem (rochas)

Definição: Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais de húmus

Composição de um Solo Hipotético 25% 45% Poros Parte sólida 25% 5%

Constituintes do Solo Minerais: Sílica (SiO2), Fe, Al, Ca,Mg, K P, S, Mn, Na... 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 Água Gases: CO2, O2, N2 ... livre: poros do solo adsorvida: ligada aos colóides (argilas) Gases: CO2, O2, N2 ... composição variável em função dos processos biológicos

Constituintes do Solo Sistemas biológicos: plantas animais Microrganismos: grande diversidade e abundância

O Ambiente Solo (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

O Solo como Habitat Moreira & Siqueira, 2006

MACROFAUNA

BACTÉRIAS

FUNGOS

NODULAÇÃO

MICORRIZAS

A BIOTA DO SOLO Os microrganismos garantem a qualidade do solo PARTÍCULAS SOZINHAS NÃO FAZEM UM BOM SOLO... Em cada kg de solo fértil tem-se em torno de: • 500 bilhões de bactérias 10 bilhões de actinobacterias 1 bilhão de fungos 0,5 bilhão de invertebrados microrcópicos 1000 km de hifas e vários de raízes Numerosos vertebrados macroscópicos Não são estáticos e sim muito dinâmicos São bons aliados e uma grande riqueza natural São ignorados devido ao caráter microscópico São mais conhecidos pelos efeitos deletérios Os microrganismos garantem a qualidade do solo ALTA DIVERSIDADE

Classificação Ecológica dos Microrganismos do Solo Distribuição de microrganismos em vários horizontes do perfil (Starc, 1942 apud Alexander, 1977) *Inclui cianobactérias Classificação Ecológica dos Microrganismos do Solo - Autóctones (indígenas) = população de microrganismos pouco afetada pela adição de nutrientes ao solo, vivendo às custas dos resíduos em estágios avançados de decomposição - Zimógenes (fermentativos) = população de microrganismos estimulada pela adição de resíduos ao solo, principalmente os resíduos facilmente decomponíveis

A microbiota do solo Bactérias: 3 x 106 a 5 x 108 por g de solo seco grupo mais numeroso e mais diversificado 3 x 106 a 5 x 108 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 N2 Streptomyces

“Mais de 4 000 espécies bacterianas diferentes em 100 g de solo” Torsvik et al. 1994 (Técnicas de reassociação de DNA extraído do solo). Menos de 1% das espécies microbianas conhecidas (não cultiváveis –não crescem em meio de cultura, e.g. fungos micorrízicos arbusculares) Solo Heterogêneo, dinâmico e complexo - Grande parte dos recursos genéticos desconhecida Função destes microorganismos???

A microbiota do solo Fungos: 5 x 103 - 9 x 105 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 Algas Protozoários e vírus 103 - 5 x 105 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, ...

Processos Biológicos do Solo: Suas Inter-relações e Funções no Ecossistema Siqueira & Trannin, 2003

Funções dos Microrganismos -(Constanza et al. Nature,1997:Valor dos serviços dos ecossistemas terrestres e capital natural: U$34 trilhões, Ciclagem de nutrientes global anual U$17 trilhões (Inclui a FBN) Decomposição da matéria orgânica e produção de húmus Controle biológico de patógenos Alteração das características físicas do solo (e.g. agregação) Produção de metabólitos diversos: antibióticos, ácidos orgânicos, hormônios, alelopáticos Decomposição de xenobióticos Nutrição vegetal. Fixação biológica de N2 Soja no Brasil: Economia de US$ 3.0 bilhões anual

REDUNDÂNCIA FUNCIONAL: Várias espécies de microrganismos realizam o mesmo processo, i.e., têm a mesma função. – Garante RESILIÊNCIA (recuperação) dos processos no solo- Cada espécie microbiana realiza várias funções. E. g. Azospirillum brasilense , Bradyrhizobium japonicum – fixadores de N2 e desnitrificadores. Outros fixadores de N2 participam dos Ciclos do C, P, S, etc.

Visão Esquemática do Solo como uma Máquina Decompositora Disponibilização de Nutrientes - Mineralização - Imobilização - Oxi-redução S0 + H2O + 1,5O2 → H2SO4 → 2H+ + SO42- MnO2 + 4H+ → Mn2+ + 2H2O - Solubilização Ca5OH(PO4)3 + H+ → 5Ca2+ + H2O + 3PO43- AlPO4 + 2H+ → Al3+ + H2PO4- FePO4 + 2H+ → Fe2+ + H2PO4- - Fixação Biológica de Nitrogênio - Micorrizas

Contribuição dos Microrganismos para a Formação ou Estabilização de Agregados do Solo Modificado de Rillig & Mummey (2006) Miller & Jastrow (1992)

Microrganismos e Agregação do solo. Polissacarídeos e hifas Fungos filamentosos Polissacarídeos e hifas de fungos como agentes agregantes de partículas do solo (Robert & Chenu, 1992)

1 2 Derxia gumosa – isolada de raízes de Oryza perenne em solo de várzea da região Amazônica. 1- Células em microscópio com contraste de fase, notar goma em volta das células. 2 – Aspecto da colônia em placas. Cortesia F.M.S. Moreira

RIZOSFERA Hiltner (1904) – zona de influência das raízes- 0,01 a 3 mm da superfície

Rizosfera: O Paraíso dos Microrganismos do Solo (Antagonistas e Patógenos) Rizosfera A Grande Maioria é Benéfica O Efeito Rizosférico

Compostos Excretados pelas Plantas na Rizosfera (Rizodeposição) Modificado de Alexander, 1977; Curl & Truelove, 1986

(R) (S) Actinobactérias Actinobactérias

Microrganismos Antagonistas A Redução da Diversidade Facilita o Desequilíbrio Biológico nos Agrossistemas Efeito do tempo de monocultivo no favorecimento de fungos fitopatogênicos para as culturas do trigo e maçã Fungos Patógenos (% total) Fungos Patógenos Actinobacterias Microrganismos Antagonistas Fitopatógenos = Espécies fúngicas dos gêneros Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Rhizopus, Stachybotris, Alternaria, etc (Vancura & Kunc, 1988, 1989)

Processos Biológicos do Solo: Suas Inter-relações e Funções no Ecossistema Siqueira & Trannin, 2003