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

Nitrogênio: Principais Formas O Nitrogênio compõe ~80% dos gases da atmosfera Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), clorofila, etc. Fixação do N2 atmosférico é necessária para que o mesmo possa ser utilizado Fixação biológica (grande maioria), via queimadas, lava ou via raios, antrópica (Haber-Bosch) N2 + 3H2 ←→ 2NH3 + energia 250 atm 450 oC Formas quimicamente disponíveis de N: amônio (NH4+), nitrato (NO3-), e uréia [(NH2)2CO)] Elemento versátil que pode ser encontrado na forma orgânica e inorgânica

Estoque de Nitrogênio no Globo Terrestre N na litosfera (rochas, fundo oceanos, sedimentos) = 1.1023 g N (98% total) N na forma gasosa (N2) = 3,9.1021 g N (78% na atmosfera terrestre) N na biosfera = 2,8 a 6,5.1021 g N (96% N-org na matéria orgânica morta e apenas 4% nos organismos vivos) Distribuição de N no solo: - N2 = 11.500 kg ha-1 - N-orgânico = 7.250 kg ha-1 - N-NH4+= 10 kg ha-1 - N-NO3- = 50 kg ha-1 94% nas plantas 4% na microbiota 2% nos animais

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

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

Compartimentos e Principais Transformações Biológicas do N no Solo Amonificação Desnitrificação Nitrificação Absorção (plantas) Imobilização NO3- Imobilização NH4+ Redução NO3- a NH4+ Decomposição Fixação N2 9 2 4 1 6 5 7 3

Fixação Biológica do N N2 + 8H+ + 16 ATP + 8 e- 2NH3 + H2 + 16 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, brasiliense, amazonense) etc. 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

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

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

Estimativa da FBN em Leguminosas

Estimativa da FBN em Leguminosas

Absorção do N NH4+ N orgânico NH4+ 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

Mineralização do N N orgânico NH4+ Decomposição: N orgânico transformado em N inorgânico (NH4+) - actinobacterias, fungos e bactérias modificam o N da MO de NH3+ a NH4+ Esse NH4+ pode então ser usado por plantas ou transformado a NO2- e NO3- via nitrificação Rápida em ambientes oxidados Lenta em ambientes reduzidos

Nitrificação NH4+ NO2- NO3- Nitritação Nitratação Bactérias transformam amônio a nitrato ganhando energia Ocorre apenas em ambientes aeróbicos NH4+ se adsorve as partículas de solo com carga negativa NO3- é lixiviado com redução da fertilidade do solo e contaminação do lençol freático Nitrossomonas Nitrobacter

Fatores Ambientais que Afetam a Nitrificação Aeração: estritamente aeróbico Temperatura: ideal = 26 a 32 oC 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

Desnitrificação NO3- NO2- NO N2O N2 Processo anaeróbico feito por bactérias desnitrificadoras (Gram – anaeróbicas facultativas) Thiobacillus, Pseudomonas, Micrococcus N2O 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

Desnitrificação Principal via de perda de N (2NO3- + C6H12O6  6CO2 + 6H2O + N2) 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 oC Umidade e aeração = acima de 60% Teor de NO3- e carbono