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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO
EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: DESENVOLVIMENTO REGIONAL
PROGRAMA REGIONAL DE DESENVOLVIMENTO E MEIO
AMBIENTE
ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA
DA BIODIVERSIDADE MICROBIANA DO SOLO EM
AGROECOSSISTEMAS DO SEMI-ÁRIDO
VIRGÍNIA CARLA DE OLIVEIRA
BIÓLOGA
Junho – 2004
São Cristóvão-SE
Brasil
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO
EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: DESENVOLVIMENTO REGIONAL
PROGRAMA REGIONAL DE DESENVOLVIMENTO E MEIO
AMBIENTE
ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA
DA BIODIVERSIDADE MICROBIANA DO SOLO EM
AGROECOSSISTEMAS DO SEMI-ÁRIDO
Dissertação apresentada ao Núcleo de Pós-Graduação em
Desenvolvimento e Meio Ambiente da Universidade Federal de
Sergipe, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre
em Desenvolvimento e Meio Ambiente, Área de concentração:
Microbiologia Aplicada.
Virgínia Carla de Oliveira
Autora
Rita de Cássia Trindade
Orientadora
Jefferson Luís da Silva Costa
Co-orientador
Junho – 2004
São Cristóvão-SE
Brasil
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO
EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: DESENVOLVIMENTO REGIONAL
PROGRAMA REGIONAL DE DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE
“ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA DA
BIODIVERSIDADE MICROBIANA DO SOLO EM
AGROECOSSISTEMAS DO SEMI-ÁRIDO”
Dissertação de Mestrado defendida por Virgínia Carla de Oliveira e
aprovada em 21de Junho de 2004 pela Banca Examinadora constituída
pelos Doutores :
-------------------------------------------------------------
Dra. Rita de Cássia Trindade – Orientadora
Departamento de Morfologia - Universidade Federal de Sergipe
------------------------------------------------------------ Dr. Jefferson Luís da Silva Costa - Co-orientador
Embrapa /Núcleo de Estudos do Semi-Árido (NESA)
------------------------------------------------------------- Dr. Alceu Pedrotti
Departamento de Agronomia – Universidade Federal de Sergipe
--------------------------------------------------------------- Dr. João Lúcio de Azevedo
Universidade de Mogi das Cruzes – SP Universidade de Caxias do Sul - RS
Escola Superior de Agricultura Luís de Queiroz-Universidade de São Paulo-USP
iii
Este exemplar corresponde à versão final da Dissertação de Mestrado em
Desenvolvimento e Meio Ambiente.
-------------------------------------------------------------
Dra. Rita de Cássia Trindade – Orientadora
Departamento de Morfologia - Universidade Federal de Sergipe
------------------------------------------------------------
Dr. Jefferson Luís da Silva Costa - Co-orientador
Embrapa /Núcleo de Estudos do Semi-Árido (NESA)
iv
É concedido ao Núcleo responsável pelo Mestrado em Desenvolvimento e
Meio Ambiente da Universidade Federal de Sergipe permissão para
disponibil izar, reproduzir cópias desta dissertação e emprestar ou vender
tais cópias.
-------------------------------------------------------------
Virgínia Carla de Oliveira – Autora
-------------------------------------------------------------
Dra. Rita de Cássia Trindade – Orientadora
Departamento de Morfologia - Universidade Federal de Sergipe
------------------------------------------------------------
Dr. Jefferson Luís da Silva Costa - Co-orientador
Embrapa /Núcleo de Estudos do Semi-Árido (NESA)
v
Dedico essa Dissertação de Mestrado a três pessoas
importantíssimas na minha vida que são o alicerce na
construção do meu conhecimento:
Valter Ataíde de Oliveira, Valdivina Oliveira da Silva
&
Jefferson Luís da Silva Costa
AGRADEÇO,
vi
� Ao orientador de toda a minha vida científica e co-
orientador desta Dissertação, Dr. Jefferson Luis da Silva
Costa. Agradeço seus ensinamentos de como tornar a
pesquisa científ ica iniciada em Laboratório, acessível à
sociedade; pelo entusiasmo, alegria e principalmente,
sapiência passados nestes sete anos de pesquisa;
� À minha orientadora Profa. Dra. Rita de Cássia Trindade na
receptividade ao meu Pré-projeto de pesquisa durante a
seleção para o Mestrado; pelos seus ensinamentos e seu
entusiasmo;
� Ao Dr. Orlando M. de Carvalho, ao oferecer, com
entusiasmo, o objeto de estudo desta Dissertação, que são
os agroecossistemas;
� À FAP-SE e ao CNPq– pelo suporte f inanceiro;
� À Embrapa Tabuleiros Costeiros, pela oportunidade de
realizar esses estudos e em especial, aos funcionários
Luciano Pinheiro pelo auxíl io técnico laboratorial e Sr.
Crisionaldo dos Santos pelo auxíl io na coleta de campo;
� Ao amigo Maiko dos Santos Correia pelo auxílio ao traduzir
os dados experimentais para a linguagem estatística;
� À Embrapa Arroz e Feijão, pela oportunidade de iniciar a
vida científica e o amadurecimento que aqui cheguei; aos
laboratoristas que lá ainda estão, e que muito estimo, José
Gomes, Juraci e Divina;
� Aos meus irmãos Vinícius Eduardo de Oliveira e Vanessa
Cristina de Oliveira pelo suporte técnico de informática na
fase f inal da elaboração deste Dissertação e apoio na
minha vida acadêmica, respectivamente.
vii
Resumo GeralResumo GeralResumo GeralResumo Geral
A sociedade contemporânea preocupa-se, cada vez mais, com a qualidade
de vida, retratada, principalmente, em termos de ambiente e saúde. A
emergência da questão do ambiente na agenda social é, em grande parte,
conseqüência da extensão em que a humanidade hoje se apropria dos
recursos naturais, às vezes muito além da capacidade regenerativa da
natureza. Dentro deste contexto, a biodiversidade presente nos solos
constitue um excelente mediador das condições biológicas do meio
ambiente. Nos ecossistemas do bioma Caatinga, o principal ecossistema
existente na região do Semi-árido, o desmatamento e as queimadas são
ainda práticas comuns no preparo da terra para a agropecuária. Com o
presente trabalho objetivou-se conhecer o efeito de prát icas agrícolas sobre
a comunidade microbiana, em diferentes sistemas agroecológicos de
produção de leite para propriedades de base familiar, e em solos do
ecossistema original (Caatinga) (testemunha), no município de N. Sr.ª da
Glória-SE. Uti l izaram-se como parâmetros a atividade microbiológica, a
população microbiana total e a análise de DNA da comunidade microbiana
do solo. Estes bioindicadores microbiólogicos foram aplicados à quatro
t ipos de estruturas agrossilvipastoris: áreas reflorestadas com leguminosas
arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia ); pastagens cult ivadas com
capim Urocloa mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica),
cult ivada em fi leiras adensadas; cercas vivas forrageiras de Glir icidia
sepium. Para a determinação da atividade microbiológica total foi ut i l izado
o método de hidrólise de diacetato de fluoresceína (FDA). Para a
determinação da população total foi uti l izado o método de di luição de solo
em meios selet ivos para fungos, bactérias e actinomicetos. O perfi l
molecular da comunidade microbiana foi determinado por ARDRA
(Ampli fied Ribossomal DNA Restrict ion Analysis), extraindo-se o DNA
diretamente do solo e submetendo-o à reação de pol imearase em cadeia
(PCR) com os primers da região conservada do DNA ribossomal para
viii
fungos e bactérias. A hidrólise de diacetato de fluoresceína indicou
atividade biológica em todos os agroecossistemas, sendo que esta foi
superior em solos sob cult ivo de Gliricidia sepium, que apresentou 0,605
µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo. Os resultados da população
microbiana, indicaram que o solo sob a palma foi o que mais favoreceu a
densidade populacional de fungos e actinomicetos: 21 e 127 ufc x 10g/solo,
respectivamente. Quanto à população de bactérias, o solo sob a Caatinga e
Gliricidia sepium se destacaram apresentando 32 e 28 ufc x 10g/solo,
respectivamente. ARDRA se revelou também um marcador promissor para
comparar a comunidade microbiana presente nestes solos. Os produtos
ampli ficados, digeridos pela enzima Hinf I, revelaram que a região 18 S
diferenciou a estrutura genética da comunidade fúngica no solo sob a
caatinga em relação a todos demais tratamentos. Já a região 16 S digerida
pela enzima Hae III, discriminou dois grupos distintos: um grupo com
100% de similaridade na estrutura genética bacteriana incluindo o solo sob
áreas reflorestadas e o solo sob a caatinga; e outro grupo, com 100 % de
similaridade genética incluindo solo sob a palma, o solo sob pastagens e o
solo sob Gliricidia sepium. Portanto, os três parâmetros uti l izados neste
trabalho: atividade microbiológica, população microbiana total e o perfi l
molecular determinado por ARDRA constituíram-se bons bioindicadores,
pois estes detectaram alterações provocadas por diferentes manejos do solo,
permitindo avaliar a eficiência da estrutura agrossilvipastori l para a
preservação e recomposição do solo no Semi-Árido.
Palavras-chaves: Bioindicador, meio ambiente, biodiversidade,
sustentabil idade
ix
General AbstractGeneral AbstractGeneral AbstractGeneral Abstract
Nowadays the society is highly concerned on l i fe quality, mostly in terms
of environment and health. The environmental issues are emergencial in the
social agenda to the extent that the human being exploit is the natural
resources beyond i ts regenerative capacity. In this context, the soi l
biodiversity may constitute an excellent indicator to monitor environmental
shifts. In ecosystems such as the Caatinga biome, the major one in the
Brazil ian Semi-arid Region, the deforestation and the forest fires are sti l l
common practices for land farming preparation. This current research
investigated the effect of agricultural practices on the soil microbial
community, in an agro-ecological dairy system developed for small
stockholder farms within the Caatinga biome of N. Sr.ª da Glória-SE. For
this purpose, some parameters were used such as enzymatic activity, total
microbial population and the DNA analysis of the soil microbial
community. These microbial bioindicators were applied to four agro-
forestry-pasture systems: reforested areas with the tree legume “sabiá”
(Mimosa caesalpiniaefolia ); pastures of grass (Urocloa moçambisensis);
pastures of Gliricidia sepium; palm crop (Opuntia f icus indica), cult ivated
in adensed rows; and undisturbed native Caatinga grassland, used as
control. For the determination of the total soil microbial activity, the
hydrolysis of fluorescein diacetate (FDA) method was used. For the
determination of the total microbial population it was used the soil di lution
technique in to plates containing selective culture media for fungi, bacteria
and actinomycetes. The molecular microbial profi le was determined by the
Ampli fied Ribosomal DNA Restriction Analysis (ARDRA), extracting the
DNA directly from soil and ampli fing ribosomal DNA from fungi and
bacteria in a polimerase reaction (PCR). The hydrolysis of FDA indicates
microbial act ivity in all agro-forestry-pasture systems. The highest
microbiological activity was found in soil under Gliricidia sepium: 0,605
µg FDA hydrolyzed min-1 g-1 soil . The total microbial population,
x
indicated that the soil under the palm crop harbours the highest fungi and
actinomycete populations: 21 e 127 ufc x 10g/soil , respectively. The
highest soil bacteria population, were found in the Caatinga and Gliricidia
sepium: 32 e 28 ufc x 10g/soil, respectively. ARDRA was as a powerful
tool for the microbial community profi le analysis. The Hinf I restriction
enzyme disclosed that the genetic structure of the fungi 18S region in the
soil under Caatinga revealed a divergent community when compared to the
other treatments. The 16S region digested by the Hae III enzyme, disclosed
two distinct groups: one with a 100% similarity of the bacterial genetic
structure including the soils under reforested areas and under Caatinga; and
the others with a 100 % of genetic similari ty including the soils under the
palm, pastures and Gliricidia sepium. The three parameters (microbial
activity, total microbial populat ion and the molecular profi le determined by
ARDRA) used in this research constituted good bioindicators, since they
allowed to detect alterat ions influenced by different soil managements,
indicat ing the efficiency of the agro-forestry-pasture systems for the
preservation and restoration of soil in the Semi-Arid biome.
Key Words: bioindicator, environment, biodiversity, sustainabil i ty
xi
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS............................................................ XV
LISTA DE TABELAS........................................................... XIX
1. CAPÍTULO 1
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA: Homem, Meio Ambiente,
Agricultura e Biodiversidade: como concil iar?... ...... ... ... ... .... ... ...
1
2. CAPÍTULO 2
Atividade Microbiana Enzimática (FDA) Como Bioindicadora da
Qualidade de Solos para o Monitoramento Ambiental em
Agroecossistemas do Semi-Árido... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ...
30
2.1. RESUMO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 31
2.2. ABSTRACT..... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... 33
2.3. INTRODUÇÃO..... ... ... ... ... ... ... .. .... ...... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... . 34
2.4. MÉTODOS....... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 37
2.5. RESULTADOS ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 41
2.6. DISCUSSÃO...... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 42
2.7.REFERÊNCIAS.... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 46
xii
3. CAPÍTULO 3
População Microbiana de Solos sob Diferentes Agroecossistemas
e Vegetação Nativa no Semi-Árido... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ...
54
3.1. RESUMO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 55
3.2. SUMMARY...... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 57
3.3. INTRODUÇÃO..... ... ... ... ... ... ... .. .... ...... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... . 59
3.4. MATERIAL E MÉTODOS.... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 61
3.5. RESULTADOS E DISCUSSÃO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 65
3.6 CONCLUSÕES.... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... 70
3.7 LITERATURA CITADA.... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... 71
4. CAPÍTULO 4
Análise de restrição do DNA ribossomal amplif icado (ARDRA)
da comunidade microbiana dos solos de diferentes
agroecossistemas e vegetação nativa no Semi-Árido
sergipano..... ... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ..
81
4.1. RESUMO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 82
4.2. ABSTRACT..... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... 84
4.3. INTRODUÇÃO..... ... ... ... ... ... ... .. .... ...... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... . 85
4.4. MATERIAL E MÉTODOS.... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 88
4.5. RESULTADOS E DISCUSSÃO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 92
4.6 REFERÊNCIAS.... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 97
5. CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES E SUGESTÕES.... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ...
106
xiii
LISTA DE FIGURAS
CAPÍTULO 2 Figura 1 Agroecossistemas, localizados em propriedades de
produção de leite para propriedades de base famil iar, em
Nossa Senhora da Glória-SE. A. Pastagens cultivadas com
capim Urocloa mosambicensis; B. Áreas reflorestadas com
leguminosas arbóreas- sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia
Benth.) C. Cercas vivas forrageiras de gliricídia
(Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); D. Palma forrageira
(Opuntia ficus-indica), cultivada em fi leiras
adensadas.... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ...
50
Figura 2 Local de coleta do solo para a análise das amostras. As
posições das oito coletas de amostras dentro de cada
parcela: palma (PM), gl iricidia (Gl), áreas reflorestadas
(Ar), pastagem (P) e Caatinga são demonstrados pelos
círculos preenchidos. As setas indicam a direção ao longo
do transecto, aproximadamente 1, 2, 4, 8 e 15 m entre
dois círculos.
*A = alti tude... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ..... .... ... ... ... ... ... ... ... ..
51
Figura 3 Hidrólise de Diacetato de Fluoresceína como indicador da
atividade microbiológica em solos de quatro
agroecossistemas e solo de Caatinga, no Semi-
Árido..... ... ... ... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ...... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ...
52
Figura 4 Análise de dispersão entre as concentrações de
f luoresceína de diacetato uti l izada (eixo x:µµµµg/ml) e a
quantidade de FDA hidrolisada (eixo y:µµµµg de FDA
higrolisada/8g/60 min) de solos de quatro
agroecossistemas e solo de Caatinga, no Semi-
Árido..... ... ... ... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ...... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ...
53
xiv
CAPÍTULO 3
Figura 1 Agroecossistemas, localizados em propriedades de
produção de lei te para propriedades de base familiar,
em Nossa Senhora da Glória-SE. A. Pastagens cultivadas
com capim Urocloa mosambicensis; B. Áreas
reflorestadas com leguminosas arbóreas- sabiá (Mimosa
caesalpiniaefolia Benth.) C. Cercas vivas forrageiras de
gliricídia ( Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); D. Palma
forrageira ( Opuntia ficus-indica), cult ivada em fi leiras
adensadas.... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... .
76
Figura 2 Local de coleta do solo para a análise das amostras. As
posições das oito coletas de amostras dentro de cada
parcela: palma (PM), gli ricidia (Gl), áreas reflorestadas
(Ar), pastagem (P) e Caatinga são demonstrados pelos
círculos preenchidos. As setas indicam a direção ao
longo do transecto, aproximadamente 1, 2, 4, 8 e 15 m
entre dois círculos.
*A = alti tude... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ..... .... ... ... ... ... ... ... ... .
77
Figura 3 Densidade populacional de fungos sob diferentes
agroecossistemas, na região do Semi-Árido... ... ... ... ... ... ...
78
Figura 4 Densidade populacional de bactérias sob diferentes
agroecossistemas, na região do Semi-Árido... ... ... ... ... ... ...
79
Figura 5 Densidade populacional de actinomicetos sob diferentes
agroecossistemas, na região do Semi-Árido... ... ... ... ... ...…
80
xv
CAPÍTULO 4
Figura 1 Agroecossistemas, localizados em propriedades de
produção de leite para propriedades de base famil iar, em
Nossa Senhora da Glória-SE. A. Pastagens cultivadas com
capim Urocloa mosambicensis; B. Áreas reflorestadas com
leguminosas arbóreas- sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia
Benth.) C. Cercas vivas forrageiras de gliricídia
(Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); D. Palma forrageira
(Opuntia ficus-indica), cultivada em fi leiras
adensadas.... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ...
100
Figura 2 Local de coleta do solo para a análise das amostras. As
posições das oito coletas de amostras dentro de cada
parcela: palma (PM), gl iricidia (Gl), áreas reflorestadas
(Ar), pastagem (P) e Caatinga são demonstrados pelos
círculos preenchidos. As setas indicam a direção ao longo
do transecto, aproximadamente 1, 2, 4, 8 e 15 m entre
dois círculos.
*A = alti tude... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ..... .... ... ... ... ... ... ... ... ...
101
Figura 3 Produtos amplif icados da região 18S e 16S da comunidade
microbiana de solos sob áreas reflorestadas com
leguminosas arbóreas (1 e 6); pastagens cult ivadas com
capim Urocloa mosambicensis (2 e 7); palma forrageira
(Opuntia ficus-indica) (3 e 8); bancos de proteínas de
Gliricidia sepium (4 e 9) ; e em solos do ecossistema
original, Caatinga (5 e 10) no Semi-árido. Linha 1-5:
Região 18S; Linhas 6-10: Região 16S.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ..
102
xvi
Figura 4 Diversidade genética da comunidade bacteriana do solo
sob quatro agroecossistemas e ecossistema nativo, no
Semi-árido. A. Produtos de ARDRA da comunidade
bacteriana do solo gerados com o primer 25f e 1525r.
Linha 1 - solos sob áreas reflorestadas com leguminosas
arbóreas; l inha 2 – solo sob palma forrageira (Opuntia
ficus-indica); l inha 3 - pastagens cult ivadas com capim
Urocloa mosambicensis; l inha 4 - solo de Caatinga; l inha 5
– solo sob Gliricidia sepium. B. Similaridade genética da
comunidade bacteriana do solo sob quatro
agroecossistemas e Caatinga pela análise de UPGMA
baseado nos produtos gerados por ARDRA.... ... ... ...... ... .. ..
103
Figura 5 Diversidade genética da comunidade fúngica do solo sob
quatro agroecossistemas e ecossistema nativo, no Semi-
Árido. A. Produtos de ARDRA da comunidade bacteriana
do solo gerados com o primer NS1 e NS4. Linha 1 - solos
sob áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas; linha
2 – solo de Caatinga; l inha 3 - solo sob palma forrageira
(Opuntia ficus-indica); l inha 4 - pastagens cult ivadas com
capim Urocloa mosambicensis; l inha 5 – solo sob
Gliricidia sepium. B. Similaridade genética da
comunidade fúngica do solo sob quatro agroecossistemas
e Caatinga pela análise de UPGMA baseado nos produtos
gerados por ARDRA..... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .
104
xvii
LISTA DE TABELAS
CAPÍTULO 1
Tabela 1 Número de espécies de seres vivos atualmente conhecidas
e estimativa de espécies viventes no mundo... ... ...... ... ... ...
29
CAPÍTULO 4
Tabela 1 Classif icação dos solos sob quatro agroecossistemas e
ecossistema nativo, no Semi-árido sergipano no grupo
ARDRA, baseado na digestão dos produtos amplif icados
da região do DNA ribossomal de fungos (18S) e bactérias
(16S) habitantes destes solos... ... ... ... ... ... ....... ... ... ... ... ... ...
105
CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
“HOMEM, MEIO AMBIENTE, AGRICULTURA E BIODIVERSIDADE: COMO “HOMEM, MEIO AMBIENTE, AGRICULTURA E BIODIVERSIDADE: COMO “HOMEM, MEIO AMBIENTE, AGRICULTURA E BIODIVERSIDADE: COMO “HOMEM, MEIO AMBIENTE, AGRICULTURA E BIODIVERSIDADE: COMO
CONCILIAR?”CONCILIAR?”CONCILIAR?”CONCILIAR?”
PREFÁCIO: A EVOLUÇÃO HUMANA
Capítu lo 1 - Introdução
2
A criação do mundo e a inserção do homem neste são problemas que,
muito naturalmente, despertam a curiosidade do homem. De acordo com
Chiras (1992), a Terra foi originada há 15 ou 20 bilhões de anos. A
formação de galáxias e estrelas se deu há aproximadamente 4,6 bilhões de
anos e as primeiras células (microorganismos) surgiram há 3,7 bilhões de
anos. A idéia de evolução, teoria segundo a qual todas as espécies de
plantas e animais se vinculam a um antepassado comum fornece a base
unif icadora de toda a ciência biológica. A história da vida seria um
processo único de subdivisão de espécies e mudanças. A evidência de
evolução é encontrada na distribuição de estruturas consideradas
homólogas (DARWIN, 1981).
Segundo Haeckel (1982), na evolução da espécie humana, o primeiro
hominídeo que andava ereto, surgiu há aproximadamente 4 milhões de anos,
na Era Cenozóica desaparecendo a 1,2 milhões de anos. Era lento em
comparação à maioria dos animais e se defendia com a uti l ização de armas
e pedras. O Homo habil is remonta a um período entre 2,5 e 1,6 milhões de
anos, na África. É possível que tenha evoluído para o Homo erectus. Foram
provavelmente os primeiros a fazer utensíl ios de pedra - simples eixos e
artefatos lascados toscamente.
O Homo erectus, presumível predecessor de nossa própria espécie
(Homo sapiens) surgiu na África, na Ásia e possivelmente na Europa. Este
hominídeo se destaca pelo uso de utensíl ios de pedra em forma de gota,
lascado em ambos os lados da pedra, e pelo "machado de mão" acheuliano,
de feitura superior aos instrumentos do Homo habil is. Foi o primeiro
membro da l inhagem humana a uti l izar e controlar o fogo, e sua locomoção
rápida a partir da Àsia Oriental tropical deveu-se talvez ao uso de
vest imentas. Presumivelmente, evoluiu do Homo habil is há cerca de 1,6
milhões de anos. Seus últ imos representantes desapareceram há cerca de
300.000 anos. No Homo sapiens ou "o homem sábio", nossa própria
espécie, o cérebro aumentou para o tamanho atual. Não há, sobre sua
posterior evolução, uma clareza científica; aparentemente dividiu-se em
Capítu lo 1 - Introdução
3
duas l inhas principais, a primeira dando origem ao neandertal, a outra, à
raça moderna. A últ ima evolução aconteceu gradualmente durante os
últ imos 125 mil anos (HAECKEL, 1982).
Power (1996) informa que com a evolução da raça humana, notaram-
se importantes avanços na tecnologia das ferramentas, o rápido crescimento
desta população, o agrupamento social em habitações e o surgimento das
artes: o período cultural chamado Paleolít ico Superior havia começado.
Certamente, os humanos de então já haviam dominado a l inguagem. Com o
crescimento demográfico e, a partir da origem dos modernos seres
humanos, inicia-se o processo de colonização de novos terri tórios. Povos
alcançaram a Nova Guiné e Austrália, part indo da Indonésia há cerca de 40
mil anos e desenvolveram as características australóides isoladamente
naquela região.
E assim, durante todo esse tempo, o homem vem tentando mudar o
ambiente em que vive, de acordo com seus próprios interesses. Segundo
Chiras (1992), o impacto do homem sobre o meio ambiente depende de
variáveis históricas, como o modo de produção, a estrutura de classes, os
recursos tecnológicos e a cultura de cada sociedade ao longo do tempo.
Mas, os diferentes modos de produção surgidos ao longo da história sempre
consideraram a questão de onde retirar matéria-prima como tendo uma
única resposta: a natureza.
1. O HOMEM E O MEIO AMBIENTE
Capítu lo 1 - Introdução
4
A atual ação predatória do homem no planeta resultou na redução dos
recursos naturais, os quais dão os primeiros sinais de esgotamento. O
homem possuiu ao longo dos tempos uma enorme capacidade de
transformar o meio ambiente em que vive para atender as suas necessidades
de sobrevivência. Entre as atividades antrópicas, a agricultura exerce efeito
variado sobre o ambiente. Estes efeitos relacionam-se em primeiro lugar
com a intensidade e o grau de alteração provocado à vegetação preexistente
e, em segundo lugar, com a área em que se deu a alteração, sobretudo
transformando o equilíbrio dinâmico que existe em um dado ambiente em
condições naturais (LAGO e PÁDUA, 1998).
Segundo Tauk-Tornisielo (1997), a palavra ambiente significa o
conjunto das condições, influências ou forças que envolvem, influem ou
modificam:
a) O complexo de fatores climáticos, edáficos e bióticos que atuam
sobre um organismo vivo, uma população ou uma comunidade
ecológica e acaba por determinar sua forma e sua sobrevivência;
b) A agregação das condições sociais e culturais que influenciam a vida
do indivíduo, população ou comunidade.
Como ambiente entende-se, portanto, todos os conjuntos de fatores
físicos, biológicos e antrópicos existentes no espaço, que é influenciado
por um organismo, uma população, uma comunidade ou por uma
organização, assim como as relações que existem entre tais componentes
(POWER, 1996).
Assim, nos estudos ecológicos, o ambiente é tratado como um
sistema, ou seja, um conjunto de partes que se integram, direta ou
indiretamente. Apenas recentemente o homem começou a preocupar-se com
os impactos posit ivos e negativos de suas diferentes atividades no ambiente
em que vive (RESENDE, 1988).
Alguns impactos negativos foram e são originados de fenômenos
naturais, como exemplos, a glaciação; erupções vulcânicas com as
Capítu lo 1 - Introdução
5
l iberações de gases, cinzas e lavas; maremotos; terremotos e outros
fenômenos. Mas, ao longo dos anos, as atividades antrópicas, entretanto,
vêm acarretando maior número de impactos negativos quanto à extensão e
velocidade, ocasionando muitas vezes, danos irreversíveis no ambiente
(TAUK-TORNISIELO, 1997).
Algumas estimativas indicam que atualmente 40% da produção
líquida primária terrestre da biosfera, em termos de apropriação de recursos
naturais e energia, já estão comprometidos para consumo humano
(MESQUITA et al., 2000). Tal escala de atividades aponta l imites bastante
restri tos ao crescimento e, ao mesmo tempo, requer exigências bastante
severas ao avanço tecnológico que atenuem estas restrições (MOTTA,
1977). Assim é prudente identificar os níveis mínimos de segurança ou a
capacidade suporte dos recursos naturais que estão sendo apropriadas na
geração de renda (MESQUITA et al ., 2000).
1. 2 A ATIVIDADE AGROPECUÁRIA
Durante muitos séculos, o homem viveu da coleta de frutos e
produtos de animais e plantas silvestres, passando, em seguida, a cult ivar
as plantas e domesticar os animais, á medida que esses meios de
sobrevivência tornavam-se escassos. Essa arte evoluiu à chamada
agricultura, há 12.000 anos, que é responsável pela produção de al imentos,
madeiras, fibras, energia e outros bens, que sustentam de maneira direta ou
indireta a vida no planeta (SIQUEIRA et al. , 1994).
Segundo Khatounian (2001), o uso dos recursos naturais do planeta
pelo homem iniciou a trajetória na Mesopotâmia antiga com a salinização
das áreas irrigadas que embasavam sua economia. Na antiguidade clássica,
os gregos destruíam suas florestas e exauriam seus campos de cultura,
sendo obrigados a lançar-se ao mar. Os romanos na luta contra Cartago, nas
Guerras Púnicas, conquistaram ricas terras agrícolas, onde hoje há um
deserto. Os portugueses, sem possibil idades de domínio de terras agrícolas,
Capítu lo 1 - Introdução
6
lançaram-se ao Oceano na busca do desconhecido. No Novo Mundo, o
declínio na economia açucareiro das Anti lhas, entrou as i lhas em quase
irreversível decadência. Este mesmo fenômeno se observou no Nordeste e
em outras partes do Brasil, apenas que numa escala de tempo mais dilatada
devido à maior extensão de terras por ocupar e exaurir.
No Brasil, já no século XIX, o café, r iqueza do Segundo Império, se
expandiu pelas terras roxas, então virgens em São Paulo, e mais tarde,
quando estas se transformaram em pasto ralo, alcançou as terras roxas do
Paraná.
A crescente população, a demanda de alimentos e matérias primas
industriais e sua aglomeração nas cidades forçou o desenvolvimento da
agricultura, que deixando de ser uma atividade extrativista, passou a ser
considerada uma indústria, operando em um ambiente ecológico criado
pelos agricultores (SIQUEIRA et al ., 1994). A base de sustentação dessa
indústria é o solo agrícola, que representa, juntamente com a água, o
principal recurso natural para a existência humana.
No Brasil, os sistemas de produção agrícola, tal qual na maioria dos
sistemas econômicos embasados no desenvolvimentismo capitalista, são
caracterizados pela maximização da produção por unidade de área plantada
(produtividade). Este paradigma da agricultura moderno al iada aos avanços
tecnológicos deste século levou ao que se costuma chamar de "Revolução
Verde" (BRASIL, 2000). Sistemas agrícolas anteriormente de baixa
produtividade foram substituídos nos anos 60/70 por sistemas de alta
produtividade e dependentes de insumos químicos, notadamente pesticidas
e ferti l izantes. Guimarães (1994) discute que a modernização da agricultura
impulsionou o desenvolvimento de nações eminentemente agrícolas como o
Brasil, capitalizando e modernizando a zona rural e aumentando a receita
proveniente das exportações. Todavia, a preocupação meramente econômica
dos novos modelos de produção desconsiderou os efeitos e conseqüências
das novas práticas agrícolas no ambiente natural.
Capítu lo 1 - Introdução
7
1.2.1 A IMPORTÂNCIA DO SOLO
Segundo Raminell i (2001), três grandes catástrofes ecológicas
marcaram a evolução do processo de uso do solo como um recurso
“renovável”. A primeira foi a expansão da cana-de-açúcar, eleita pelos
portugueses para substituir os espaços antes cobertos pelas matas nativas, a
Mata Atlântica. A produção de açúcar, portanto, provocava a derrubada de
árvores, destruía a fauna, poluía os rios e destruía os mangues. As chuvas
torrenciais e as queimadas empobreciam o solo e reduziam a produtividade
das plantações. Os portugueses solicitaram então, à coroa a expansão de
suas propriedades para manter a produção. A sede por terras produziu,
enfim, uma verdadeira catástrofe ecológica nos primeiros séculos da
colonização.
A segunda catástrofe foi a exploração das minas gerais, no século
XVIII, com a descoberta de jazidas auríferas nos sertões de Minas Gerais.
Os rios eram desviados em direção das encostas para lavar o solo e
encontrar o precioso material .
A terceira catástrofe foi a pecuária no l i toral e às margens do rio São
Francisco. Os bois e vacas eram provenientes da Europa e acompanhavam
os europeus em todas as partes conquistadas, contribuindo desta forma para
promover mais um desequilíbrio ecológico, modif icando a paisagem da
colônia.
Em seu estado natural, o solo encontra-se coberto pela vegetação,
que o protege da erosão e contribui para manter o equilíbrio entre os
fatores de sua formação e aqueles que provocam a sua degradação e, o
rompimento dessa relação provoca alterações físicas, químicas e
biológicas, as quais, se não forem adequadamente monitoradas e
controladas, levam à queda de produtividade e à degradação do ecossistema
(SIQUEIRA et al . 1994).
Capítu lo 1 - Introdução
8
A cobertura vegetal nativa do solo cria um habitat adequado aos
microrganismos específicos do ecossistema, tanto pela ciclagem do
material vegetal, como pela contribuição dos exsudatos radiculares
(SIQUEIRA et al. 1994). Segundo Raminell i (2001), a cobertura de mata
tropical retém no solo os microrganismos e minerais indispensáveis para a
ferti l idade da terra, o que, do contrário, deixa a terra sem a capacidade de
reproduzir as espécies. Dessa forma, os solos agrícolas representam um
importante balizador dos impactos ambientais, devendo-se atentar para as
característ icas destes, que permitam uma correta avaliação dos impactos
ambientais. Propriedades físicas e químicas determinam característ icas
como a ferti l idade do solo e atividade biológica, que são quanti ficáveis
(SCHAEFER et al. , 2000).
1.2.2 OS AGROECOSSISTEMAS
Em Biologia, o conceito de sistemas foi introduzido por Smuts em
1926 (BECHT, 1974), inferindo uma idéia de totalidade (em inglês
“holism”), entretanto, antes, Harvey, ao descobrir e descrever a circulação
do sangue relacionou este fenômeno com hidrologia (HARE, 1967).
Mais tarde, em Ecologia, o conceito de sistemas foi introduzido por
Tansley na palavra “ecossistema” (EVANS, 1956) que originou vários
conceitos por outros autores como, por exemplo: Odum (1957) com estudos
acerca do fluxo de energia dentro de ecossistemas.
Nos ecossistemas identi ficamos um componente biótico, que engloba
todos os seres vivos, e outro abiótico, que engloba os meios físicos e
químicos (BEGON et al ., 1996). A inter-relação entre esses componentes é
extremamente dinâmica, ocorrendo um constante fluxo de energia e
ciclagem da matéria entre eles. Esta passagem de energia e de matéria
deve-se às relações tróficas que se estabelecem entre os componentes
bióticos, enquanto a passagem dos nutrientes para o meio abiótico, dá-se
Capítu lo 1 - Introdução
9
através da decomposição. Estas interações tróficas podem ser estudadas a
partir da análise de seus componentes, que indicará como este sistema
interl igado foi afetado ou qualquer t ipo de alteração ou perturbação
(ODUM, 1996).
Uma área agrícola é um ecossistema arti f icial, que exige intervenção
humana constante, o que pode resultar em danos ao meio ambiente,
principalmente se for conduzida sem conhecimento detalhado do
funcionamento do sistema e da integração entre seus componentes. A
diminuição das taxas de reciclagem da matéria, por exemplo, pode ser
tomada como bioindicadora dos efeitos da at ividade agrícola sobre a
dinâmica do ecossistema (LOUZADA et al., 1997).
Segundo Haynes (2003), um agroecossistema (ecossistema art if icial)
se constitui de unidades de produção, e, portanto, são sistemas agrícolas de
certa importância, que possui pelo menos uma população de uti l idade
agrícola, podendo ser de plantas e de animais. Um ecossistema inclui uma
comunidade biótica em um ambiente físico interagindo com esta população.
Mas, um agroecossistema difere dos ecossistemas naturais em outro
aspecto, talvez tão importantes como a existência de populações agrícolas,
é que um agroecossistema está regulado pela intervenção do homem.
Alguns ecossistemas não são exatamente ecossistemas naturais,
todavia pode considerar-se ecossistema por todos os conceitos ecológicos
presentes, tal como fluxo de energia, ciclagem de materiais e outros, e são
aplicáveis em seus estudos, ou seja, os componentes bióticos e físicos dos
agroecossistemas se interagem e, portanto, funcionam como um sistema
(BEGON, 1996).
Nestes sistemas, um fator de interação é a disponibil idade de
nutrientes e aeração no solo onde o preparo e o cult ivo do solo inf luenciam
principalmente as populações da comunidade microbiana, (PEREIRA et al.,
1999). As alterações no pH e na disponibil idade de nutrientes, em função
Capítu lo 1 - Introdução
10
da calagem e adubação, podem influenciar a comunidade microbiana de
maneira direta através da atuação sobre processos microbianos, fisiológicos
e bioquímicos específicos, ou indiretamente, através da disponibil idade de
nutrientes e da neutralização de elementos tóxicos (PEREIRA, 1999).
2. A BIODIVERSIDADE
O termo biodiversidade foi usado pela primeira vez em 1986,
resultado da concentração das palavras “diversidade biológica ou
diversidade biótica”, e mede a princípio toda a variação biológica do
planeta Terra (AZEVEDO, 1998).
Diversidade biológica, ou biodiversidade, “significa a variabil idade
de organismos vivos de todas as origens, compreendendo, dentre outros, os
ecossistemas terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquáticos e os
complexos ecológicos de que fazem parte; compreendendo ainda a
diversidade dentro de espécies, entre espécies e de ecossistemas” (Artigo 2
da Convenção sobre Diversidade Biológica). Ou ainda, refere-se à
variedade de vida no planeta terra, incluindo a variedade genética dentro
das populações e espécies, a variedade de espécies da flora, da fauna e de
microrganismos, a variedade de funções ecológicas desempenhadas pelos
organismos nos ecossistemas; e a variedade de comunidades, habitat e
ecossistemas formados pelos organismos (AZEVEDO, 1998).
A Tabela 1, reportada por Bul l et al. (1992) e Hawksworth (1991),
com modificações de Azevedo (1998), dá uma idéia do número conhecido
de espécies de seres vivos em nosso planeta, além de fornecer uma
estimativa do que ainda está por ser descoberto.
A Biodiversidade é uma das propriedades fundamentais da natureza,
responsável pelo equilíbrio e estabil idade dos ecossistemas, e fonte de
imenso potencial de uso econômico (MELO e AZEVEDO, 1998). É a base
Capítu lo 1 - Introdução
11
das atividades agrícolas, pecuárias, pesqueiras e florestais. As funções
ecológicas desempenhadas pela biodiversidade são ainda pouco
compreendidas, muito embora se considere que ela seja responsável pelos
processos naturais e produtos fornecidos pelos ecossistemas e espécies que
sustentam outras formas de vida e modificam a biosfera, tornando-a
apropriada e segura para a vida. A diversidade biológica possui, além de
seu valor intrínseco, valor ecológico, genético, social, econômico,
cientí fico, educacional, cultural, recreativo e estético. Com tamanha
importância, é preciso evitar a perda da biodiversidade (MELO e
AZEVEDO, 1998).
2.1 A BIODIVERSIDADE NO DOMÍNIO SEMI-ÁRIDO
A geografia convencional divide o Nordeste brasi leiro em zonas:
Li torânea, Agreste e Sertão, sendo que as duas últ imas formam,
essencialmente, a região semi-árida (Agenda 21, 2000), ocupando uma área
de 73.683.649 ha, cerca de 11,5% do território nacional, incluindo oito
estados do Nordeste e dois do Sudeste. Segundo Mendes (1997), considera-
se como Região semi-árida aquela que possibil i ta o desenvolvimento de
uma cobertura vegetal mais ou menos contínua, como a caatinga, a savana
ou a estepe, que não permite o cult ivo de plantas anuais, de maneira regular
e com boa produtividade, em virtude da baixa pluviosidade e da má
distr ibuição das chuvas. Na prát ica, uma área é semi-árida quando chove
abaixo de 800 mm por ano, ocorre seca, tem caatingas e rios intermitentes.
O bioma Caatinga é o principal ecossistema existente na região e
ocupa uma área de 734.478Km2, e é o único bioma exclusivamente
brasileiro (SÁ, 1994). Isto significa que grande parte do patrimônio
biológico dessa região não é encontrada em nenhum outro lugar do mundo
além do Nordeste do Brasil . É um bioma único, pois, apesar de estar
localizado em área de clima semi-árido, apresenta grande variedade de
paisagens, relativa riqueza biológica e endemismo (SILVA, 2000).
Capítu lo 1 - Introdução
12
De acordo com Mendes (1992), a Caatinga é uma cobertura vegetal
xerófi la formada pela mistura de ervas, arbustos e árvores de pequeno
porte, tortuosas, espinhentas, e de folhas pequenas e caducas e altamente
resistentes à falta d´água. São matas verdejantes e viçosas no período
chuvoso e desfolhadas, de aspecto seco, estorricado e cinzento, na estação
seca anual e por ocasião das longa e catastróficas secas periódicas, que
assolam a Região. Somente de caatingas são reconhecidas 12 tipologias
diferentes, com registro de 932 espécies na região, sendo 380 endêmicas
(Avaliação e Ações Prioritárias para a Conservação da Biodiversidade da
Caatinga, 2002).
Drumond et al. (2000) e Fonseca (1991) relacionam as espécies
vegetais mais predominantes da caatinga. Em termos forrageiros, o angico
(Anadenanthera macrocarpa enth), a cat ingueira (Caesalpinia pyramidalis
Tul.), a catingueira rasteira (Caesalpinia microphylla Mart.), o sabiá
(Mimosa caesalpini folia Benth) e o juazeiro (Zizyphus joazeiro Mart.)
estão presentes; entre as espécies arbóreas; a jurema preta (Mimosa
tenuiflora (Wil ld.) Poiret), o feijão bravo (Phaseolus f irmulus Mart.), a
marmelada de cavalo (Desmodium sp.), o mata-pasto (Senna sp); destacam-
se como frutí feras o umbu (Spondias tuberosa Arruda), arat icum (Annona
glabra L., A. coriacea Mart.), mangaba (Hancornia speciosa Gomez),
jatobá (Hymenaea spp.), murici (Byrsonima spp.), juazeiro (Zizyphus
joazeiro Mart.). De acordo com Souza (1994) todas as espécies ci tadas são
exploradas de forma extrativista pela população local, seja ela úti l como
forragem para caprinos, ovinos e bovinos, seja para alimentação. Esta
forma de exploração tem levado a uma rápida diminuição das populações
naturais destas espécies vegetais, principalmente pela falta de plantios
art if iciais, contribuindo, a uma ameaça de extinção.
Quanto à fauna, segundo o Documento “Aval iação e Ações
Prioritárias para a Conservação da Biodiversidade da Caatinga”, (BRASIL,
2002), os mamíferos têm sido geralmente reconhecida como uma fauna
depauperada, sendo possível relacionar 148 espécies do bioma, das quais
Capítu lo 1 - Introdução
13
dez seriam endêmicas; as aves da caatinga merecem atenção especial os
táxons endêmicos e as espécies ameaçadas de extinção (20), pois estas são
as mais vulneráveis a atual expansão das atividades humanas no bioma: 15
espécies e 45 subespécies são endêmicas, estando incluídas nesse conjunto
duas das espécies de aves mais ameaçadas do mundo: a ararinha-azul
(Cyanopsitta spixi i Wagler) e a arara-azul-de-lear (Anodorhynchus leari);
as espécies de anfíbios e répteis são 15% endêmicas: estão em 44 espécies
de lagartos, nove espécies de anfisbenídeos, 47 de serpentes, quatro de
quelônios, três de crocodi l ianos, 47 de anfíbios anuros e duas de
gimnofionos; quanto à biota aquática, há 185 espécies de peixes do bioma,
distr ibuídas em cem gêneros, sendo 53% endêmica (algumas encontradas
somente ao largo do médio São Francisco).
Apesar de a fauna de invertebrados e/ou microrganismos desse bioma
ser riquíssima, com várias espécies endêmicas, a análise dos dados
demonstra o conhecimento insuficiente que deles se tem. Em relação á
biodiversidade de microrganismos nos solos da Caatinga, não há um só
relato.
É preciso, pois, aprimorar significativamente, e o mais rápido
possível, o conhecimento sobre a biodiversidade do bioma caatinga,
sobretudo se reconhece a tendência mundial de organismos como indicador
de qualidade ambiental, bem como para o monitoramento dos ecossistemas.
Outro problema associado ao Semi-Árido é o baixo conhecimento
quantitativo e quali tativo de sua biodiversidade (BRASIL, 2000). Dos
grandes biomas brasileiros o da Caatinga nordestina é, um dos mais
desconhecidos em relação à flora e fauna (JOLY et al., 1999; GALVÃO e
VASCONCELOS, 1998).
Capítu lo 1 - Introdução
14
Por fim, segundo o Documento Avaliação e Ações Prioritárias para a
Conservação da Biodiversidade da Caatinga (BRASIL, 2002), reúne
importantes medidas para o manejo sustentável do bioma como: criação de
bancos de dados sobre a Caatinga, articulados com a Rede Brasi leira de
Biodiversidade, geração de tecnologias sustentáveis, inventário da flora, da
fauna e de microorganismos da Caatinga, monitoramento dos processos
biológicos, desenvolvimento de experiências referenciais em agricultura
sustentável, do ponto de vista social, econômico e ambiental.
Promover a conservação da biodiversidade da Caatinga, bem como
seu monitoramento, é estritamente necessário para elevar o bioma à
condição de patrimônio nacional natural (Art. 225 da Constituição do
Brasil).
2.2 A BIODIVERSIDADE MICROBIANA DO SOLO
Os microrganismos e a biodiversidade de solos consistem de diversos
grupos de organismos, com diferentes importância e relevância para o
homem (SIQUEIRA, 1994).
A grande maioria dos esforços de uso sustentável da biodiversidade
tem sido enfocada em macrorganismos (mamíferos, aves, peixes e plantas).
Estimativas recentes indicam que os microrganismos e invertebrados
constituem quase que 90% das espécies da Terra e desempenham um papel
fundamental no funcionamento de ecossistemas (KENNEDY, 1995). Se
conhece mais de 80% das plantas e mais de 90% dos vertebrados existentes
na natureza, enquanto que conhecemos menos de 1% das bactérias e vírus e
menos que 5% dos fungos. Embora sejam menos estudados, muitos grupos
de microrganismos são essenciais para a sobrevivência das formas de vida
na terra (BRASIL, 2001).
Capítu lo 1 - Introdução
15
Sem os organismos, os solos não seriam formados. A intemperização
físico-química das rochas matrizes por si só resultaria em terrenos sem
nenhuma ferti l idade, visto que há necessidade de nitrogênio e esqueletos de
carbono para que a vida se estabeleça. As algas são tidas como
colonizadores primários do solo, pela sua capacidade de fixar carbono e
nitrogênio da atmosfera através dos processos de fotossíntese e fixação
biológica de nitrogênio, respectivamente. A partir daí, fungos e bactérias
terão recursos para se desenvolver e l iberar nutrientes dos minerais do
solo, como o fósforo, cálcio e ferro. O solo formado, havendo a
disponibil idade de água, permitirá o crescimento de plantas, que ao serem
decompostas gerarão matéria orgânica que reterá nutrientes, l iberando-os
lentamente para os próximos colonizadores. Esta maneira simplificada de
apreender o processo de pedogênese, do ponto de vista biológico, i lustra a
importância da biodiversidade para a formação dos solos (COUTINHO,
1996).
Por outro lado, a biodiversidade de solos tem um papel fundamental
na regulação dos processos biogeoquímicos formadores e mantenedores dos
ecossistemas (HUNGRIA, 1994). É nos solos que se realiza a maior parte
da ciclagem de nutrientes da qual o planeta Terra depende para se manter
vivo. Por tudo isso, o solo é um recurso natural que deve ser conservado
para que os serviços que ora prestam às sociedades sejam sustentáveis para
as próximas gerações. Dentre estes, incluem-se: a formação e estruturação
de solos; a decomposição da matéria orgânica; a ciclagem de nutrientes; e a
formação dos gases componentes da atmosfera terrestre (DROZDOWICZ,
1977).
Entretanto, os solos e seus organismos podem ser afetados pela
maneira como o homem cuida deste recurso natural (BRADY, 1983). A
atividade agrícola predatória, o desmatamento exacerbado, a poluição e as
mudanças globais podem ter fei tos deletérios sobre a biodiversidade e os
Capítu lo 1 - Introdução
16
processos ecológicos do solo, com conseqüências nefastas para o homem
(WATANABE, 1987).
A elaboração de medidas para a conservação da biodiversidade
microbiana dos solos deve considerar as peculiaridades da diversidade
microbiana e da biodiversidade de solos, dada a importância deste
componente biológico para o funcionamento do Planeta e para a
sustentabi l idade de atividades econômicas, como a agricultura (HUNGRIA,
1994; AZEVEDO, 1998). Outra justi f icativa para um esforço integrado de
pesquisa e prospecção tecnológica da biodiversidade de solos é a falta de
conhecimento da verdadeira extensão desta diversidade nos bioma
tropicais, e o grau de ameaça em que se encontra. Estima-se que menos de
5% dos microrganismos existentes no planeta tenham sido caracterizados e
descritos (ROSADO, 1997).
Portanto, de acordo com o Documento Estratégia Nacional de
Biodiversidade: Microrganismos e Biodiversidade dos Solos (2001), é
extremamente importantes atividades que conduzam: à definição das
espécies de organismos do solo mais relevantes para a sustentabil idade dos
processos ecológicos essenciais em ecossistemas naturais e antropizados; à
elucidação da influência da composição de espécies e estrutura de
comunidades no funcionamento de ecossistemas.
3. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
A emergência da questão do ambiente na agenda social é, em grande
parte, conseqüência da extensão em que a humanidade hoje se apropria dos
recursos naturais, às vezes muito além da capacidade regenerativa da
natureza. Desta forma, todos os compartimentos ecológicos são atingidos,
modificando fluxos e processos naturais em tal medida que a mudança se
diz global (RODRIGUES, 1998).
Capítu lo 1 - Introdução
17
A idéia de Desenvolvimento sustentável surgiu em 1973 como
conceito de Ecodesenvolvimento proposto por Maurice F. Strong
(MENDES, 1997). O termo tornou-se conhecido na l i teratura especializada,
após ter sido usado pelo documento “Estratégia Mundial para a
Conservação – EMC”, publicado em 1980 pela União Internacional para a
Conservação da Natureza – UICN, programa das Nações Unidas para o
Meio Ambiente – PNUMA e Fundo Mundial para a Natureza – WWF
(MENDES, 1997).
Em 1987, a Comissão Mundial do Meio Ambiente e Desenvolvimento
das Nações Unidas – CMMAD (1998) publicou o Relatório Brundtland, que
apresentou um conceito de desenvolvimento sustentável – “aquele
desenvolvimento que atende às necessidades do presente sem comprometer
as possibil idades de as gerações futuras atenderem às suas próprias” (Nosso
futuro comum, 1988, p. 46) – que mais que um conceito, transmitia o desejo
de mudança de paradigma para um esti lo de desenvolvimento que não se
mostrasse excludente socialmente e danoso ao meio ambiente. Portanto,
desenvolvimento sustentável deve significar desenvolvimento social e
econômico estável e equil ibrado, gerando riquezas uti l izando os recursos
naturais de modo sustentável e respeitar a capacidade de recuperação e
recomposição desses recursos, criando mecanismos que permitam o acesso
a esses recursos por toda a sociedade (BRASIL, 2000).
Em 1991, o documento “Cuidando do Planeta Terra” publ icado pela
Comissão Mundial Sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento (1998)
enfatiza os três objetivos básicos da Estratégia Mundial para a
Conservação: conservar os sistemas de sustentação da vida fornecidos pela
natureza, conservar a biodiversidade e fazer com que qualquer uti l ização
de espécies de ecossistemas seja sustentável.
Em 1992, um importante evento marca a preocupação com a crise
ambiental da Terra, demonstrada pelos 116 Chefes de Estado, que
participaram da maior reunião de Conferência das Nações Unidas para Meio
Capítu lo 1 - Introdução
18
Ambiente e Desenvolvimento (ECO-92), que ocorreu, é uma preocupação
real e oportuna. Nesta se discute a urgência da necessidade de se trocar o
atual modelo, de destruição da natureza e na concentração exagerada da
riqueza, de desenvolvimento por um modelo ecologicamente sustentável e
socialmente mais justo (Mendes, 1992).
O termo sustentável, passou a quali f icar um novo conceito de
agricultura e desenvolvimento. Esta pode ser definida atualmente como a
capacidade de produzir alimentos em longo prazo, de forma sustentável, e
de contribuir para o bem estar dos seres vivos, sem deteriorar os recursos
naturais básicos ou prejudicar o meio ambiente (EHLERS, 1995).
Busca-se o denominado desenvolvimento sustentável, que segundo
MACHADO (1997), pode em uma de suas definições, ser dito como um
desenvolvimento cienti f icamente embasado, onde é necessário que
pesquisas básicas e tecnológicas dêem suporte a este desenvolvimento ou
atividade de uma região, como, por exemplo, conhecer a biota em seus
aspectos qualitativos e quantitativos presente no ambiente, a dinâmica das
populações animais e vegetais, determinar os melhores biótipos, para que
forneçam o material genético necessário à continuidade das espécies.
A Caatinga, é um dos biomas brasileiros mais alterados pelas
atividades humanas. Os resultados indicam o fato de 68% da área estar
submetida a antropismo em algum grau. As áreas prejudicadas por extremos
antropismo correspondem a 35,3% do bioma, as danificadas por muito
antropismo a 13,7%, e as submetidas a pouco antropismo a 19,4%. É nessa
região que estão localizadas, por exemplo, as maiores áreas que passam
hoje por processo de desertif icação. As áreas sem antropismo correspondem
a 31,6% do bioma, e estão distribuídas no interior dele em forma de i lhas
(BRASIL,2002).
Mendes (1997) relatou que no Semi-Árido, quase toda agricultura que
se pratica é de sequeiro, durante a estação chuvosa (fevereiro a junho), e é
Capítu lo 1 - Introdução
19
ecologicamente não aconselhável e improdutiva. Várias causas podem ser
apontadas para esta situação. O processo de exploração tradicional e com
baixo nível tecnológico dos recursos, al iado ao aumento populacional e à
expansão dos mercados, tem levado à sobreexploração do ambiente e ao
virtual esgotamento da biodiversidade. Por outro lado, segundo o mesmo
autor (MENDES, 1997), a pecuária extensiva,com um número de animais
acima da capacidade de suporte do Semi-Árido, exerce uma pressão muito
grande sobre a biodiversidade local, forçada pelos mecanismos de
intensificação da exploração dos recursos como mencionado, exercendo
grande pressão sobre a vegetação nativa, tanto pela eliminação das plantas
como pela compactação do solo devido ao pisoteio excessivo.
Fonseca (1991) cita que o corte da cobertura vegetal, o pastoreio
indiscriminado e o cult ivo em ladeiras de forte inclinação, com sulcos no
sentido do declive, foram fatores que determinaram etapas gradativas de
degradação do meio, que repercutem na perda de qualidade do ambiente, e
conseqüente abandono do meio ou condicionamento a viver expensas de
alimentos, água e energia oriundos de outras regiões, que uti l izariam esses
recursos para seu desenvolvimento.
Mendes (1985) aponta que o desenvolvimento sustentável da
Caatinga implica na erradicação da miséria, na diminuição da taxa de
natalidade e no redirecionamento das atividades agropecuárias da Região,
além de outros fatores essenciais como a geração de tecnologias
agropecuárias e polít icas agrícolas adequadas. A uti l ização racional e
integrada nos recursos naturais através da criação de animais e o cult ivo de
plantas xerófi las realizadas concomitantemente na mesma propriedade,
visando reduzir os riscos de diminuição ou fracasso das colheitas devido a
fal ta ou irregularidades pluviométricas são também recomendadas para o
Nordeste Semi-Árido. Segundo o autor, as técnicas agrossilvipastoris
servem de base para este t ipo de exploração múltipla da terra, através de
tecnologias l impas, seguras do ponto de vista ambiental.
Capítu lo 1 - Introdução
20
Assim, em relação ao meio ambiente no Semi-árido, algumas das
l inhas de pesquisa que devem ser priorizadas são aquelas voltadas para um
melhor conhecimento da biodiversidade, o que deve se constituir na base de
qualquer programa que vise o desenvolvimento sustentável da região
(BRASIL, 2002). De acordo com a Agenda 21 Brasileira (BRASIL, 2000),
uma das diretrizes propostas para o desenvolvimento sustentável é a
“.. . identi f icação, nos sistemas de produção agrícola, dos componentes
chaves da diversidade biológica, responsáveis pela manutenção dos ciclos
e processos naturais, com o monitoramento e a avaliação dos efeitos das
diferentes práticas e tecnologias de produção sobre tais componentes. ..”.
A Embrapa Semi-Árido – instituiu um programa que identificou
maneiras e meios para melhorar o manejo sustentável da biodiversidade na
agricultura (Carvalho et al., 2000). O sistema é uma síntese de informações
tecnológicas obtidas de experimentação e observações em escala
operacional, integrada em um modelo físico de sistema conduzido ao longo
de 15 anos no campo experimental da Embrapa Semi-Árido. As estruturas
agrossilvipastoris são: áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas - sabiá
(Mimosa caesalpiniaefolia); pastagens cult ivadas com capim Urocloa
mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica), cult ivada em
fi leiras adensadas; cercas vivas forrageiras de Gliricidia sepium.
O uso de indicadores é então, extremamente necessário para
monitorar a mudança na qualidade do solo relacionado ao manejo de uma
agricultura sustentável e avaliação do uso da terra.
Portanto, em busca da “concil iação entre homem, meio ambiente,
agricultura e biodiversidade”, esta Dissertação util izou como objeto de
estudo estes diferentes agroecossistemas que foram implementados no
Semi-Árido (Carvalho et al. , 2000) para avaliar a qualidade do solo
recuperado, bem como conhecer a biodiversidade microbiana presente no
solo da Caatinga. Para isto, os principais objetivos foram:
Capítu lo 1 - Introdução
21
A. Avaliar a atividade microbiológica total dos microrganismos
(Capitulo II);
B. Quanti ficar a população fúngica, bacteriana e de actinomicetos
(Capítulo III);
C. Invest igar a estrutura genética da comunidade microbiana do solo
(Capítulo IV).
Capítu lo 1 - Introdução
22
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Capítu lo 1 - Introdução
29
* Tabela 1. Número de espécies de seres vivos atualmente conhecidas e
estimativa de espécies viventes no mundo.
SERES VIVOS
ÉSPECIES
CONHECIDAS
NÚMERO
ESTIMADO DE
ESPÉCIES
PORCENTAGEM
DE ESPÉCIES JÁ
CONHECIDAS
Bactérias 4.700 40.000 11,9
Fungos 69.000 1.500.000 4,6
Algas 40.000 60.000 66,7
Plantas 267.750 295.000 90,8
Protozoários 30.800 100.000 30,8
Porí fera,
cnídeos e
nematóides
29.000 515.000 5,6
Crustáceos,
insetos e outros
invertebrados
970.000 6 a 10.000.000 9,7 a 16
Outros animais 98.000 100.000 98
Vírus 5.000 130.000 3,8
TOTAL 1.414.250 8.720.000
a 12.740.000
*(AZEVEDO, 1998).
CAPÍTULO 2CAPÍTULO 2CAPÍTULO 2CAPÍTULO 2
“ATIVIDADE MICROBIANA ENZIMÁTICA (FDA) COMO “ATIVIDADE MICROBIANA ENZIMÁTICA (FDA) COMO “ATIVIDADE MICROBIANA ENZIMÁTICA (FDA) COMO “ATIVIDADE MICROBIANA ENZIMÁTICA (FDA) COMO
BIOINDICADORA DA QUALIDADEBIOINDICADORA DA QUALIDADEBIOINDICADORA DA QUALIDADEBIOINDICADORA DA QUALIDADE DE SOLOS PARA O DE SOLOS PARA O DE SOLOS PARA O DE SOLOS PARA O
MONITORAMENTO AMBIENTAL EM AGROECOSSISTEMAS DO SEMIMONITORAMENTO AMBIENTAL EM AGROECOSSISTEMAS DO SEMIMONITORAMENTO AMBIENTAL EM AGROECOSSISTEMAS DO SEMIMONITORAMENTO AMBIENTAL EM AGROECOSSISTEMAS DO SEMI----
ÁRIDO” ÁRIDO” ÁRIDO” ÁRIDO”
Elaborado conforme as normas da Revista ao qual Elaborado conforme as normas da Revista ao qual Elaborado conforme as normas da Revista ao qual Elaborado conforme as normas da Revista ao qual
foi submetido:foi submetido:foi submetido:foi submetido:
MICROBIAL
ECOLOGY
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
31
Atividade Microbiana Enzimática (FDA) como Bioindicadora
da Qualidade de Solos para o Monitoramento Ambiental em
Agroecossistemas do Semi-Árido
*V. C. Ol ive i ra, 2 R. C. Tr indade, 3O. M. Carvalho Fi lho, 4J. L. S. Costa
*Núcleo de Estudos do Semi-Árido, Universidade Federal de Sergipe, São
Cristóvão-SE, 49100-000, Brasi l 2Departamento de Morfologia, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão-
SE, 49100-000, Brasi l 3Embrapa Semi-Árido, CP 23, Petrol ina-PE, 56302-970, Brasi l 4Embrapa Tabuleiros Costeiros, CP 44, Aracaju-SE, 49001-970, Brasi l
Recebido: Aceito:
RESUMO
A emergência da questão do ambiente na agenda social é, em grande parte,
conseqüência da extensão em que a humanidade hoje se apropria dos
recursos naturais, às vezes muito além da capacidade regenerativa da
natureza. Neste contexto, a biodiversidade presente nos solos constitue um
excelente mediador das condições biológicas do meio ambiente. Nos
ecossistemas do bioma Caatinga, o principal ecossistema existente na
região do Semi-árido, o desmatamento e as queimadas são ainda práticas
comuns no preparo da terra para a agropecuária. Este trabalho investigou o
efeito de práticas agrícolas sobre a comunidade microbiana, em um sistema
agroecológico para propriedades de base familiar, em N. Sr. ª da Glória-SE,
através da atividade microbiológica do solo. Foi aval iada a atividade
enzimática da diversidade microbiana em quatro t ipos de estruturas
agrossilvipastoris: áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas - sabiá
(Mimosa caesalpiniaefolia ); pastagens cult ivadas com capim Urocloa
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
32
mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica), cult ivada em
fi leiras adensadas; cercas vivas forrageiras de Gliricidia sepium. Solos do
ecossistema original, a Caatinga, foram uti l izados como testemunha. Para a
determinação da at ividade microbiológica foi uti l izado o método de
hidrólise de diacetato de fluoresceína (FDA). A hidrólise de FDA ocorreu
em todos os agroecossistemas. A atividade microbiológica foi notadamente
alta em solos sob cult ivo de Glir icidia sepium, com 0,605 µg FDA
hidrolisada min-1 g-1 de solo, e foi baixa em solos nativos sob a caatinga,
que atingiu o valor de 0,355 µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo. Portanto
o método de hidrólise de FDA mostrou-se um excelente bioindicador, ao
demonstrar que o sistema de manejo dos agroecossistemas influenciam a
atividade da comunidade microbiana.
Palavras chave: bioindicador, microrganismos, sustentabil idade,
ecossistema.
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
33
ABSTRACT
The environmental issues are emergencial in the social agenda to the
extent, that the mankind, nowadays, exploit ing the natural resources for
beyond of the regenerative capacity of nature. In this context, the soi l
biodiversity may constitute an excellent indicator of the environmental
shifts. In ecosystems such as the bioma Caatinga, the major one in the
Brazil ian Semi-arid Region the deforestation and the forest fi res are st i l l
common practices for land farming preparat ion. This work invest igated the
effect of agricultural practices on the soil microbial community, in an agro-
ecological dairy system developed for production in small stockholder
farms. The microbial activi ty was evaluated in four agro-forestry-pasture
systems: reforested areas with the tree legume “sabiá” (Mimosa
caesalpiinifol ia); pastures of grass (Urocloa moçambisensis); pastures of
Gliricidia sepium; palm crop (Opuntia f icus indica), cult ivated in adensed
rows. The undisturbed native Caatinga grassland was used as a control. For
the analysis of the total soil microbiological activity, the hydrolysis of
fluorescein diacetate (FDA) method was used. This method was efficient in
all agro-forestry-pasture systems. The microbiological act ivity was notably
high in soil under Gliricidia sepium: 0,605 µg FDA hydrolyzed min-1 g-1
soil, and was low under the Caatinga grasslands: 0,355 µg FDA hydrolyzed
of min-1 g-1 soil. Therefore, the FDA method was an excellent bioindicator,
indicat ing that the agro-forestry-pasture systems management influence the
enzymatic soil microbial community activity.
Keywords: bioindicator, microorganismos, sustainabil i ty, ecosystem.
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
34
Introdução
Como a população do mundo continua a crescer e a produção agrícola
deve encontrar-se com a demanda voltada para o alimento, a expansão da
agricultura em florestas e em terras nativas, combinadas com o crescimento
urbano e industrial, tem reduzido substancialmente níveis da diversidade
biológica em áreas signif icativas [24].
Aproximadamente 7.000 espécies de plantas foram cult ivadas e
coletadas para o al imento por seres humanos desde que a agricultura
começou há aproximadamente 12.000 anos [17]. Hoje, somente 15 espécies
de plantas e 8 espécies animais, aproximadamente, fornecem 90% de nosso
alimento. Quase um terço da área da Terra é usado para a produção do
alimento, fazendo com que a agricultura seja simplesmente a causa da
conversão do habitat em uma base global [13].
Por estas razões, é extremamente importante identi ficar e promover
práticas de manejo e tecnologias visando a conservação e o uso sustentável
dos recursos genéticos existentes no globo terrestre [8,16].
Na região semi-árida do Brasi l, os ecossistemas do bioma Caatinga, o
principal ecossistema existente na região, o desmatamento e as queimadas
são ainda práticas comuns no preparo da terra para a agropecuária, e é um
dos biomas brasileiros mais moidificados pelas at ividades humanas. Os
resultados indicam que 68% da área estão submetidos ao antropismo em
alto grau (Avaliação e Ações Priori tárias para a Conservação da
Biodiversidade da Caatinga, 2002).
A área ocupada pela região Semi-árida no Brasil cobre um total do
974.752 km² nos estados do nordeste (86.48%). A média pluviométrica
anual está entre 80 e 250 milímetros [19].
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
35
A Embrapa Semi-Árido – instituiu um programa que identificou
maneiras e meios para melhorar o manejo sustentável da biodiversidade na
agricultura (Carvalho OMF et no al. 2000, Sistemas de produção.
Documentos: Embrapa-Semi-Árido). O sistema é uma síntese de
informações tecnológicas obtidas de experimentação e observações em
escala operacional, integrada em um modelo físico de sistema conduzido ao
longo de 15 anos no campo experimental da Embrapa Semi-Árido. As
estruturas agrossilvipastoris são: áreas reflorestadas com leguminosas
arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia ); pastagens cult ivadas com
capim Urocloa mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica),
cult ivada em fi leiras adensadas; cercas vivas forrageiras de Glir icidia
sepium; e em solos do ecossistema original (Caatinga) (testemunha) (Figura
1).
O uso de indicadores é então, extremamente necessário para
identif icar problemas em áreas de produção, monitorar a mudança na
qualidade do solo relacionado ao manejo de uma agricultura sustentável, e
à assistência na formulação e avaliação do uso da terra [27]. A biomassa
microbiana é o componente vivo da matéria orgânica de solo e compreende
tipicamente 1 a 5% do índice total da matéria orgânica [26]. Devido à sua
taxa de respiração, a biomassa microbiana pode responder rapidamente às
mudanças na prática de manejo do solo [12].
Por outro lado, a atividade microbiana do solo pode ser avaliada
como a medida das enzimas do solo onde a taxa de reação enzimática indica
a quantidade de enzimas presentes e assim pode-se obter uma estimativa da
atividade microbiológica do solo [1]. O método da hidról ise de diacetato de
fluoresceína (3’, 6’- diaceti l f luoresceina [FDA] tem sido usado para
determinar a quantidade de fungos at ivos [25], de bactérias [15], e
encontrar aceti lesterases em células protistas [ 18 ]. O produto desta
conversão enzimática é a fluoresceína, que pode ser visualizada nas células
por microscopia de f luorescência; e pode ser quantificada pela fluorometria
ou espectrofotometria. Costa [6,7] relatou que as atividades enzimáticas do
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
36
solo foram indicadores sensíveis para relatar mudanças em propriedades do
solo. As taxas da atividade microbiana incluem a taxa de respiração basal
(evolução do CO2), indicações gerais da atividade enzimática, tais como a
taxa de amonificação da arginina e a hidrólise do diacetato de fluoresceína
(FDA), a at ividade de enzimas endocelulares tais como a deidrogenase e a
atividade das enzimas exocelulares específicas envolvidas em
transformações de nutrientes (por exemplo fosfatases ácidas e
ari lsulfutases) [30].
O objetivo deste estudo foi investigar pelo método da hidrólise de
diacetato de fluoresceína (FDA), a atividade dos microrganismos, como
indicador da qualidade do solo sob diferentes manejos, em
agroecossistemas no Semi-Árido.
A região do nordeste de Brasil é extremamente carente de dados
desta natureza, e não tem estudos relacionados à biodiversidade microbiana
do solo na Região.
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
37
Métodos
Local e solos
Os locais experimentais estão si tuados na estação de pesquisa da Embrapa
Semi-Árido (10°12'16”S e 37°19'41” W) no município de Nossa Senhora da
Glória, estado de Sergipe, e os sistemas agroecológicos tem um histórico de
15 anos contínuos, instalados em uma área totalmente descoberta pela
vegetação nativa (a Caatinga).
Os solos predominantes nesta unidade apresentam grande
diversidade, variando desde solos bruno não cálcicos, cascalhentos, de alta
ferti l idade natural, a planosolos rasos e pedregosos, além de solos l i tól icos
ambos medianamente férteis, com problemas de salinidade (Carvalho OMF
et al. 2000, Sistemas de produção. Documentos: Embrapa Semi-Árido). O
clima na região é o semi-árido e consiste em dois períodos chuvosos na
região seca. O índice pluviométrico anual está na escala de 80 para 250 mm
e temperaturas anuais de um máximo de 32,7 °C para um mínimo de 19,8
°C [19].
Pressuposto básico da sustentabil idade do sistema de produção e o
que o diferencia dos sistemas correntes, a infra-estrutura agrossilvopastori l
que foi implantada é constituída dos seguintes componentes básicos de
quatro parcelas (Fig. 1):
a. Bancos de proteína de Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); neste sistema
as plantas são estabelecidas em espaçamentos de 2m x 1m. Podas a
partir do segundo ano de plantio, após início da estação chuvosa, são
efetuados em corte, a 20 cm de altura, com incorporação da folhagem
ao solo, quando em consórcio e, sempre que as plantas alcançam,
1,70 m de altura, são feitas podas para fenação ou ensilagem,
conforme as condições meteorológicas reinantes, ou fornecimento em
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
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estado fresco aos animais, podendo, também, em plantios exclusivos,
permitir-se o pastejo direto. O acesso controlado de animais (uma a
duas horas/dia) é permitido 40-50 dias após o corte da gliricidia para
ensi lagem.
b. áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas - áreas plantadas
principalmente com sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.) e em
menor proporção, outras leguminosas.
c. pastagens cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis (Hanck).
Dandy) - são estabelecidas por sementes, observando-se os períodos
de dormência para cada espécie (seis e doze meses respectivamente)
e os valores culturais dessas sementes.
d. palma forrageira (Opuntia f icus-indica L. Mil ler) - Neste sistema a
palma forrageira é estabelecida em espaçamentos de 3,0m x 0,25m
cult ivada em fi leiras adensadas; implica necessariamente em
adubações intensivas, na fundação e após cada corte, a saber: 10 ton
de esterco/ha; fósforo, potássio e calcário. Limpas (capinas após o
plantio e roçagens, após estabelecida a palma) são realizadas de
maneira a manter o palmal l ivre de invasoras que podem reduzir a
produção desejada. A vantagem desse sistema, em relação ao
adensamento convencional (2 x 0,5)m é que permite o plantio de
milho e/ou feijão no primeiro ano e redução considerável dos custos
de roçagem, inviabil izados no neste últ imo. Os cortes para
fornecimento aos animais são efetuados a cada dois anos a partir do
segundo ano do plant io.
A área nativa do ecossistema original – o bioma da Caatinga - está
separado do local experimental por uma estrada e possui a predominância
de populações significat ivas de Caesalpinia pyramidalis Tul. , Annona
vepretorum Mart. & Desv., Opuntia palmadora Britt. & Rose, (Fonseca,
Universidade Estadual de Campinas, Tese de Doutorado, São Paulo, 187 p,
1991).
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39
Coleta do Solo
O solo foi coletado até a profundidade de 10 cm, com o auxíl io de um
trado, onde se concentram grande parte do sistema radicular das plantas e
das propriedades biológicas do solo. Cada ponto de coleta de solo (célula)
foi georeferenciada com o auxil io de um aparelho de GPS, anotando-se a
latitude, a longitude e a alt i tude do local. Oito amostras do solo foram
coletadas em cada parcela, como demonstrado na Figura 2. Após a
homogeneização, as subamostras se constituíram de uma amostra composta,
e colocadas em sacos de plásticos e transportados ao laboratório para
processar a anál ise, dentro de um período de 24 h. O solo foi sempre
passado por uma peneira (< 2 mm) e armazenado à 5 ºC para a análise das
propriedades microbiológicas. A capacidade de campo das amostras foi
ajustada para 80% antes de iniciar as anál ises.
Atividade Microbiológica dos Solos
A atividade microbiana total foi estimada pelo método da hidrólise de
diacetato de f luoresceína (FDA), primeiramente desenvolvida por Schnurer
e Rosswall [26] e adaptado por Costa [5, 6].
Para isto, oito gramas do solo foram incubadas com 50 ml de tampão
fosfato de potássio, 60 mM pH 7,6 por 40 minutos em um agitador (125
rpm) à 27º C em Erlenmeyer de 120 mL. Subsequentemente, 0,5 mg de FDA
(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) dissolvida em 250 µ L de acetona
foram adicionados para cada suspensão e novamente incubados por 60
minutos. Após a incubação, 2 mL do sobrenadante foi transferido para um
tubo de centrífuga seguido pela adição de um volume igual de acetona para
paralisar a reação. Os tubos foram centrifugados durante 10 minutos à 5000
g. Efetuou-se então, a leitura da densidade ót ica em espectrofotômetro
(Spectronic 21D), para a determinação da absorbância no comprimento de
onda de 490 nm.
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40
A quantidade da fluoresceína hidrol isada produzida em µg/min/g de
solo foi calculada de acordo com uma curva padrão preestabelecida para
estes solos [6].
Análise estatística
A análise de variância foi feita com um experimento inteiramente
casualizado com cinco tratamentos, com três repetições. Para a comparação
de médias foi uti l izado o teste de Tukey ao nível de 5%. Análises de
dispersão e correlação foram uti l izadas para estabelecer as relações entre
as variáveis concentração de diacetato de fluoresceína e a quantidade de
FDA hidrolisada dos diferentes tipos de solos. As análises foram efetuadas
com o programa Sisvar, versão 4.3 Build 42 (Ferreira, DF, Sistema de
análises estatísticas. Lavras: UFLA, 1999).
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41
Resultados
A hidrólise de FDA ocorreu em todas os agroecossistemas. A atividade
microbiológica foi notadamente alta em solos sob cult ivo de Gliricidia
sepium, com 0,605 µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo, e foi baixa em
solos nativos sob a caatinga, que atingiu o valor de 0,355 µg FDA
hidrolisada min-1 g-1 de solo (Fig. 3), que por sua vez, foi semelhante ao
solo sob palma forrageira Opuntia fícus indica, obtendo um valor de 0,387
µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo. Os níveis de atividade
microbiológica dos agroecossistemas constituídos pelos solos sob pastagem
Urocloa mosambicensis (Fig. 3) e áreas reflorestadas com leguminosas
arbóreas (Mimosa caesalpiniaefolia )- também foram similares entre si
apresentando valores de 0,544 e 0,519 µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de
solo, respectivamente.
A anál ise de dispersão demonstrou que as concentrações de
fluoresceína de diacetato uti l izadas foram posit ivamente correlacionado
com a quantidade de FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo (Fig. 4). O
coeficiente de correlação (R2) foi menor nos solos sob palma forrageira
sendo R2 = 0,7088 e maior nos solos sob pastagem cult ivada com Urocloa
mosambicensis, R2 = 0,9928; e o restante variando de R2= 0,8379
(Caatinga) a R2= 09354 (banco de proteína de Gliricida sepium).
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Discussão
Neste estudo invest igou-se o efeito de diferentes manejos do solo na
comunidade microbiana. O método da hidról ise de diacetato de fluoresceína
(FDA) se revelou um bioindicador de sucesso, sendo capaz de diferenciar
os solos de cinco agroecossistemas quanto à atividade microbiana, após 15
anos de manejo.
A diversidade microbiana, em virtude de os microrganismos estarem
na base da cadeia trófica e intrinsecamente associados aos diversos
processos ecológicos do solo, tem figurado como um importante indicador
da qualidade do solo [30]. Numerosos estudos têm comparado comunidades
microbianas entre solos de diferentes ecossistemas ou de longos períodos
de manejos, assim como solos agricultáveis com solos de floresta ou
sistemas nativos [1,23,26, 28].
A determinação da hidrólise do FDA tem a vantagem de ser simples,
rápida, e sensível, e vem sendo út i l , especialmente para estudos
comparativos da at ividade microbiana em vários sistemas [31].
Neste estudo, em comparação com o solo da Caatinga, o solo
cult ivado com Glir icida sepium, e em seguida, o solo cult ivado sob
pastagem, demonstraram um aumento da atividade microbiana. Isto,
provavelmente, se deve a um aumento da matéria orgânica e
conseqüentemente, à presença e a disponibil ização de tecidos e substâncias
diferentes aos microrganismos no solo, sugerindo a presença de uma
comunidade microbiana altamente ativa metabolicamente. Colabora também
para essa alta atividade microbiana, a deposição elevada de material
vegetativo na superfície do solo em detrimento dos cortes periódicos
freqüentes na leguminosa (Gliricida sepium) para alimentação bovina.
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43
Chander [3] e Oliveira et al. , [22] relatou que a incorporação à terra
de materiais orgânicos de constituições diferentes, como gramínea e
leguminosas, afeta a biomassa microbiana, e em condições do campo,
quando não tem a remoção dos resíduos vegetal, o desenvolvimento da
flora microbiana é beneficiado. As leguminosas forrageiras, quando fixam
N2 por meio da simbiose como bactérias dos gêneros Rhizobium e
Bradyrhizobium, constituem-se em uma importante alternativa para suprir
nitrogênio às pastagens manejadas extensivamente [11].
Entretanto, a baixa atividade microbiológica obtida nos solos da
Caatinga, quando comparado com os outros tratamentos, provavelmente
responde às condições típicas do clima semi-árido, que podem ser
desfavoráveis aos microrganismos que vivem neste habitat. De acordo com
Mendes [19], as secas diminuem a biodiversidade de maneira direta, agindo
sobre as espécies da cobertura vegetal e sobre os organismos vivos do solo,
que por falta de água e cobertura morrem ou deixam de crescer e se
reproduzir, podendo acelerar a oxidação da matéria orgânica e a salinização
do solo. Nilsson e Rülcker [20] estudaram a variação na atividade de hifas
de fungos metabolicamente ativas durante três estações do ano uti l izando o
método da hidrólise de diacetato de fluoresceína (FDA). Foi observado que
houve uma regressão de 50% na variação da at ividade de FDA em hifas
ativas quando estas eram expostas à temperaturas elevadas e quantidade
escassa de água em verão intenso.
Apesar de o sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia ) ser uma das
leguminosas tropicais arbóreas mais importantes, pela sua comprovada
resistência à seca e rápido crescimento [2], essa cultura pode ser afetada
pela acidez do solo, onde o sucesso no estabelecimento da nodulação e
fixação de N2 das leguminosas forrageiras depende de uma nutrição
fosfatada adequada. Como as micorrizas aumentam a absorção de P, este
elemento é de grande valor para a melhoria da f ixação do N atmosférico,
crescimento e efetiva nodulação da planta [9, 27], podendo ser este um
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fator que justi f icasse a baixa atividade microbiana demonstrada neste solo,
ou seja, a disponibil idade de nutrientes adequados no solo.
Recentemente, Nsabimana et. al [21], reportou a at ividade
microbiana de solos de vários agroecossistemas que possuem um longo
período de manejo: solo cult ivado com milho (Zea mays), solo com capim
Lolium multif lorum, solo sob pastagem com capim kikuyu e, pastagem com
capim Pennisetum clandestinum, solo sob Eucalyptus grandis e solo sob
floresta nativa de Pinus patula. Verificaram que, em comparação com o
ecossistema nativo, a pastagem permanente de capim kikuyu resultou em
um aumento na taxa de hidrólise de acetato de fluoresceína; e em contraste,
no solo sob o cult ivo de milho com cult ivo convencional (CC) e não-
convencional (NC) e capim Lolium multif lorum houve uma redução da
atividade microbiana. Desta forma, concluíram que o uso de terra teve
efeitos substanciais na at ividade da comunidade microbiana do solo e que
estas mudanças poderiam amplamente ser relacionadas às mudanças no
índice da matéria orgânica de solo [4, 29].
Costa [5] também obteve sucesso ao uti l izar a hidrólise de diacetato
de fluoresceína como um indicador da qualidade do solo sob cinco
ecossistemas incluindo: solo de mata nativa - Cerradão, solo + efluente
industrial – sob pastagem de B. brizantha (SE) e três tipos de solos
degradados também sob pastagem de B. brizantha submetidos a diferentes
sistemas de manejo para sua recuperação, solo degradado I, solo degradado
II – 7 anos de cult ivo e solo degradado – 12 anos de cult ivo. O solo de
mata nativa e o solo + efluente industrial apresentaram os maiores níveis de
atividade microbiológica sugerindo que a aplicação de efluente estimulou a
população existente através da alteração do ambiente um ecossistema em
equilíbrio dinâmico.
Acredita-se geralmente que as medidas diretas da diversidade
funcional de comunidades microbianas, ou seja, a diversidade das atividades
microbianas no solo é mais provável para fornecer informações mais
Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido
45
relevantes dos solos do que medidas da diversidade da espécie [10]. Ela
assume grande importância em avaliações ecológicas dos microrganismos
dentro do ecossistema, sobretudo, porque se conhece muito pouco sobre a
relação entre diversidade estrutural e funcional desses microrganismos [31]. A
diversidade das funções na decomposição executadas por microrganismos
heterotróficos representa um componente importante da diversidade
funcional microbiana. Uma redução na diversidade catabólica sugere a
presença de uma comunidade microbiana com uma função menos resil iente
da decomposição, particularmente em resposta ao stress ambiental [28].
A atividade metabólica do solo é fortemente influenciada pela
presença de raízes e materiais orgânicos em decomposição. Na rizosfera,
observa-se uma intensa atividade microbiana, em razão da presença de
exsudatos e secreções radiculares que representam as maiores fontes de
carbono prontamente disponíveis para os microrganismos [11].
Enfim, há poucos estudos que relatam os efeitos específicos de
diferentes sistemas de manejo (agroecossistemas) nas comunidades
microbianas visando a recuperação do solo [14]. Este trabalho contribuiu,
portanto, para uma melhor compreensão da relação entre os diferentes
sistemas de manejo e suas mudanças resultantes na ecologia microbiana do
solo e suas funções, sendo extremamente importante e necessário para o
desenvolvimento de sistemas de produção mais eficientes e sustentáveis.
Neste trabalho, os quatro diferentes agroecossistemas no Semi-Árido
sergipano induziu uma atividade substancial da comunidade microbiana do
solo. Isto comprova mais uma vez, o sucesso do método FDA (hidrólise de
acetato de fluoresceína), para ser usado para monitorar sistemas que podem
reverter solos que já estiveram em processo de degradação, na
recomposição sustentável, como ocorreu neste caso, especialmente no
Semi-Árido.
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Fig. 1. Diferentes agroecossistemas, localizados em propriedades de produção
de lei te para propriedades de base familiar, em Nossa Senhora da
Glória-SE. A. Pastagens cult ivadas com capim Urocloa
mosambicensis (Hanck). Dandy); B. Áreas reflorestadas com
leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.). C.
Cercas vivas forrageiras de gliricídia (Gliricidia sepium (Jacq.)
Steud); D. Palma forrageira (Opuntia ficus-indica L. Mil ler),
cult ivada em fi leiras adensadas;
B A
C D
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Fig. 2. Local de coleta do solo para a análise das amostras. As posições
das oito coletas de amostras dentro de cada parcela: palma
(PM), gli ricidia (GL), áreas reflorestadas (AR), pastagem (PT) e
Caatinga (Caa) são demonstrados pelos círculos preenchidos. As
setas indicam a direção ao longo dos transectos,
aproximadamente 1, 2, 4, 8 e 15 m entre dois círculos.
*A = Altitude
10 ° 12’17” ( S) 37º 19` 39” (W)
10 ° 12` 16” (S) 37º 19` 33’ (W)
10 °12`16” (S) 37º 19` 41” (W)
267m *A
10 °12`18” (S) 37º 19` 44” (W)
PM
P
GL
AR
8 m
4 m
15 m
2 m
Caa
10º12’53” (S) 37º19’23” (W)
2000 M
1 m
266m *A
269m *A
267m *A
247m *A
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Fig. 3. Hidrólise de f luoresceína como indicador da atividade
microbiológica em solos de quatro agroecossistemas e solo
de Caatinga, no Semi-Árido.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
25 50 100
Concentração de FDA
ug F
DA
hid
rolis
ada
8 g
solo
/60
min
Gliricidia
Pastagem
Palma
Caatinga
Áreasreflorestadas
µµµµg/µµµµ l
µµ µµg
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Fig. 4. Análise de dispersão entre as concentrações de diacetato de
f luoresceína uti l izada (eixo x:µµµµg/ml) e a quantidade de FDA
hidrolisada (eixo y:µµµµg de FDA hidrolisada/8 g solo/60min) de
solos de quatro agroecossistemas e solo de Caatinga, no
Semi-Árido.
Caatinga
y = 0,0035x + 0,0522R2 = 0,8379
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 20 40 60 80 100 120
Áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas
y = 0,0047x + 0,0422R2 = 0,9044
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 20 40 60 80 100 120
Palma forrageira Opuntia ficus indica
y = 0,0034x + 0,1014R2 = 0,7088
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 20 40 60 80 100 120
Banco de Proteína de Gliricidia sepim
y = 0,0056x + 0,067R2 = 0,9354
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 20 40 60 80 100 120
Pastagens cultivadas com capim Urocloa moçambisensis
y = 0,0054x + 0,02R2 = 0,9928
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 20 40 60 80 100 120
CAPÍTULO 3CAPÍTULO 3CAPÍTULO 3CAPÍTULO 3
“POPULAÇÃO MICROBIANA DE SOLOS SOB DIFERENTES “POPULAÇÃO MICROBIANA DE SOLOS SOB DIFERENTES “POPULAÇÃO MICROBIANA DE SOLOS SOB DIFERENTES “POPULAÇÃO MICROBIANA DE SOLOS SOB DIFERENTES
AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO SEMIAGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO SEMIAGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO SEMIAGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO SEMI----ÁRIDO” ÁRIDO” ÁRIDO” ÁRIDO”
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submetido:submetido:submetido:submetido:
Revista Brasileira de
Ciência do Solo
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População Microbiana de Solos sob Diferentes
Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Árido1
V. C. Oliveira I ; R. C. TrindadeI I ; O. M. Carvalho Filho I I I ; J. L.
S. CostaIV
IBolsista do CNPq/Programa Rhae – Embrapa Tabuleiros Costeiros, CP 44, Aracaju-SE,
49001-970. E-mail:vcarla@cpatc.embrapa.br I I Professora e Chefe do Departamento de Morfologia, Universidade Federal de Sergipe. E-
mail:rita@ufs.br I I I Pesquisador III Embrapa Semi-Árido, CP 23, Petrolina-PE, 56302-970, Brasil. E-
mail:orlando@infonet.com.br IV Pesquisador III da Embrapa Tabuleiros Costeiros, CP 44, Aracaju-SE, 49001-970. Bolsista
do CNPq. E-mail:jcosta@cpatc.embrapa.br
Recebido: Aceito:
RESUMO
A população microbiana do solo apresenta um papel fundamental na
dinâmica de nutrientes em diferentes ecossistemas. Dentre os indicadores da
qualidade de solos, a população microbiana destaca-se por sua relação com a
matéria orgânica, ciclagem de nutrientes e f luxo de energia e, desta forma,
pode refletir a sustentabil idade de um solo sob determinado manejo agrícola.
Neste trabalho pretendeu-se monitorar a população microbiana sob quatro
diferentes agroecossistemas com 15 anos de cult ivo: áreas reflorestadas com
1 Parte da Tese de Mestrado do primeiro autor, apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente - Núcleo de Estudos do Semi-Árido, Universidade Federal Rural de Sergipe - UFS
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leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia); pastagens cult ivadas
com capim Urocloa mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica),
cult ivada em fi leiras adensadas; bancos de proteínas de Gliricidia sepium.
Solos do ecossistema original, a Caatinga, foram uti l izados como testemunha.
A avaliação constituiu-se da determinação da população de fungos, bactérias e
actinomicetos pelo método de diluição do solo por contagens de placa de Petri
contendo diversos meios de cultura seletivos para fungos, bactérias e
actinomicetos. O solo sob a palma foi o que mais favoreceu as densidades
populacionais de fungos e actinomicetos: 21 e 127 ufc x 10g/solo. As mais
elevadas populações bacterianas foram encontradas nos solos sob a Caatinga
(32 ufc x 10g/solo) e Glir icidia sepium (28 ufc x 10g/solo). Comparando todos
os tratamentos, o solo sob a palma, uma vegetação nativa, foi aquele que
demonstrou a maior população microbiana total. Uma maior diversidade de
fungos foi encontrada contudo, sob o solo da Caatinga, nos quais foram
identif icados os gêneros predominantes Aspergil lus spp., Penici l l ium spp.,
Stachybotrys sp., Gliocladium spp., Chaetomium sp. No solo sob a palma, foi
encontrada a dominância dos gêneros Syncephalastrum sp., Aspergil lus spp. e
Penici l l ium sp. No solo sob Gliricidia sepium foram predominantes os gêneros
Syncephalastrum sp. e Penicil l ium sp. Um único gênero foi predominante na
área reflorestada (Stachybotry sp.) e no solo sob pastagem (Penici l l ium spp.).
Dessa forma, a identif icação desta biodiversidade, reflete a importância do
solo da Caatinga, demonstrando que um solo de ecossistema original pode ter
um equi líbrio de populações nas comunidades microbianas que um
agroecossistema sob interveniência não possui.
Termos de indexação: Bioindicador; Comunidade; Bactérias; Fungos;
Act inomicetos; Sustentabil idade.
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Soil microbial population in agro-forestry-pasture systems and
undisturbed native grassland in the Semi-Arid
SUMMARY
The soil microbial populat ion plays an important role on nutrient
dynamics in different ecosystems. Among many soil quality indicators, the
microorganisms are distinguished due to its relationship with organic matter,
nutr ient cycles and energy flow. Hence, they can reflect the soil sustainabil i ty
as a response to the agrosystem management. This research intended to
determine the microbial population in four dif ferent 15-year-old agro-
forestry-pasture systems: reforested areas with the tree legume legume –
“sabiá” (Mimosa caesalpiniaefolia); pastures of grass (Urocloa
moçambisensis); pasture of Gliricidia sepium; palm crop (Opuntia f icus
indica) cult ivated in adensed rows. The undisturbed native Caatinga grassland
was used as a control. The assessments included microbial populations
determined by soil di lution plate counts on selective culture media for fungi,
bacteria and actinomycetes. The soil under the palm crop presented the
highest fungi and actinomycetes populations: 21 and 127 cfu x 10g/soil. The
highest soil bacteria population was found in the soil from the native
grassland (Caatinga) (32 cfu/10g/soi l) and Gliricidia sepium (28 cfu/
10g/soil). Comparing all the treatments, the soil from the palm crop, a native
vegetation, was the one wich presented the highest microbial population.
However,the highest fungi diversity was found in the soi l from the Caatinga,
in which Aspergil lus spp., Penicil l ium spp., Stachybotrys sp., Gliocladium
spp., Chaetomium sp. genera were identi f ied. In the soil from the palm crop,
found the dominance of the Syncephalastrum sp., Aspergi l lus spp. and
Penici l l ium sp was registered. In the soil from Gliricidia sepium,
Syncephalastrum sp. and Penicil l ium sp. genera were predominant. A single
genus was predominant from the reforested area (Stachybotry sp.) and in the
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soil from pasture (Penicil l ium spp.). The characterization of this biodiversity,
reflects the importance of the soil from the Caatinga, the original ecosystem
rendenring a equil ibrium in the microbial communities that a disturbed
agroecosystems does not have.
Index terms: Bioindicator; Community; Bacteria; Fungi; Actinomycetes;
Sustainabil i ty
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INTRODUÇÃO
Os solos e seus organismos podem ser afetados pela maneira como o homem
maneja este recurso natural (Parkinson, 1991). A atividade agrícola
predatória, o desmatamento exacerbado, a poluição e as mudanças globais
podem ter efeitos deletérios sobre a biodiversidade e os processos ecológicos
do solo, com conseqüências nefastas para o homem e o seu ambiente tais
como: perda do potencial de produção agrícola, redução das taxas de
decomposição da matéria orgânica, ruptura ou alterações nos ciclos globais de
nutr ientes, aumento das emissões de gases causadores do efeito estufa,
degradação de terras, erosão e desertif icação (Rasmussem et al., 1998; Zil l i et
al. , 2003). Por isso, o solo deve ser manejado de maneira que possa sustentar
a produtividade, tanto nas áreas cult iváveis como nas áreas de reserva natural.
A elaboração de estratégias deve considerar as peculiaridades da
diversidade microbiana e da biodiversidade de solos, dada a importância deste
componente biológico para o funcionamento do Planeta e para a
sustentabil idade de atividades econômicas, como a agricultura (Si lva, 2000).
Outra justif icativa para um esforço integrado de pesquisa e prospecção
tecnológica da biodiversidade de solos é a falta de conhecimento da
verdadeira extensão desta diversidade nos bioma tropicais, e, inexistente no
Domínio do Semi-árido.
Mendes (1997) informa que nos ecossistemas do bioma Caatinga,
aproximadamente 80% dos ecossistemas originais já foram antropizados pelo
desmatamento e queimadas, os quais são ainda práticas comuns no preparo da
terra para a agropecuária que, além de destruir a cobertura vegetal, prejudica
o equi líbrio da manutenção de populações microbianas do solo determinando
mudanças quantitativas e qualitativas nos microrganismos (Azevedo, 1998).
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Desta forma, a agricultura atual visa o desenvolvimento de programas,
comprometidos com a conservação dos solos, como é o caso do
“Desenvolvimento de modelo de agroecossistema sustentável”, no sertão
sergipano do São Francisco (Carvalho Filho OM et al. 2000, Sistemas de
produção. Documentos: Embrapa Semi-árido).
Para a avaliação da qualidade de um solo, tem sido postulada a
necessidade de identif icação de parâmetros indicativos do seu estado de
conservação e/ou degradação. Entre essas atividades figuram as avaliações de
atividade microbiana, como a respiração do solo e a ut i l ização de fontes de
carbono, e a quanti f icação da biodiversidade de macro e microorganismos
(Turco e Blume, 1999).
A biodiversidade microbiana representa uma complexa comunidade,
praticamente desconhecida, principalmente em termos de comportamento e
interações com o ambiente em que se insere (Colozzi Filho et al., 1999).
Kennedy e Smith (1995) consideram que a verdadeira extensão e dimensão da
diversidade dos microrganismos do solo são ignoradas. O tamanho da
população e a atividade de cada um desses grupos de microrganismos no solo
são extremamente variados e influenciados pelas condições do ambiente
(Colozzi Fi lho et al ., 1999). Para Drozdowicz (1977), pode-se observar dentro
do mesmo ecossistema, uma diversificação equil ibrada da população
microbiana do solo, tanto em espaço como em tempo e, entre os vários fatores
que controlam o equilíbrio dinâmico desta população, o fator nutrit ivo é o
mais importante.
Portanto, este trabalho teve como objetivo avaliar a população fúngica,
bacteriana e de actinomicetos, de solos em quatro diferentes agroecossistemas
e sob vegetação nativa, no Semi-Árido.
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MATERIAL E MÉTODOS
Local e solos
Os locais experimentais estão situados na estação de pesquisa da Embrapa
Semi-Árido (10°12'16” S e 37°19'41” W), no município de Nossa Senhora da
Glória, estado de Sergipe, e os sistemas agroecológicos têm um histórico de
15 anos contínuos, instalados em uma área totalmente descoberta pela
vegetação nativa (Caatinga). Os solos predominantes nesta unidade
apresentam grande diversidade, variando desde solos bruno não cálcicos,
cascalhentos, de alta fert i l idade natural, a planosolos rasos e pedregosos, além
de solos l i tól icos ambos medianamente férteis, com problemas de salinidade
(Carvalho Filho OM et al. 2000, Sistemas de produção. Originais: Embrapa
Semi-Árido). O clima na região é o semi-árido e consiste em dois períodos
chuvosos na região seca. O índice pluviométrico anual está na escala de 80
para 250 mm e temperaturas anuais de um máximo de 32,7 °C para um mínimo
de 19,8 °C (Mendes, 1997).
Pressuposto básico da sustentabil idade do sistema de produção e o que
o diferencia dos sistemas correntes, a infra-estrutura agrossilvopastori l que
foi implantada é constituída dos seguintes componentes básicos de quatro
parcelas (Figura 1):
a. Bancos de proteína de Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); neste sistema as
plantas são estabelecidas em espaçamentos de 2m x 1m. Podas a partir
do segundo ano de plantio, após início da estação chuvosa, são
efetuados em corte, a 20 cm de altura, com incorporação da folhagem ao
solo, quando em consórcio e, sempre que as plantas alcançam, 1,70 m de
altura, são feitas podas para fenação ou ensi lagem, conforme as
condições meteorológicas reinantes, ou fornecimento em estado fresco
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
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aos animais, podendo, também, em plantios exclusivos, permitir-se o
pastejo direto. O acesso controlado de animais (uma a duas horas/dia) é
permitido 40-50 dias após o corte da gliricidia para ensilagem.
b. áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas - áreas plantadas
principalmente com sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.) e em
menor proporção, outras leguminosas.
c. pastagens cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis (Hanck).
Dandy) - são estabelecidas por sementes, observando-se os períodos de
dormência para cada espécie (seis e doze meses respectivamente) e os
valores culturais dessas sementes.
d. palma forrageira (Opuntia f icus-indica L. Mil ler) - Neste sistema a
palma forrageira é estabelecida em espaçamentos de 3,0m x 0,25m
cultivada em fi leiras adensadas; impl ica necessariamente em adubações
intensivas, na fundação e após cada corte, a saber: 10 ton de esterco/ha;
fósforo, potássio e calcário. Limpas (capinas após o plantio e roçagens,
depois de estabelecida a palma) são realizadas de maneira a manter o
palmal l ivre de invasoras que podem reduzir a produção desejada. A
vantagem desse sistema, em relação ao adensamento convencional (2 x
0,5)m é que permite o plantio de milho e/ou feijão no primeiro ano e
redução considerável dos custos de roçagem, inviabil izados no neste
últ imo. Os cortes para fornecimento aos animais são efetuados a cada
dois anos a partir do segundo ano do plant io.
A área nativa do ecossistema original – o bioma da Caatinga - está
separado do local experimental por uma estrada e possui a predominância de
populações signif icativas de Caesalpinia pyramidalis Tul., Annona
vepretorum Mart. & Desv., Opuntia palmadora Britt. & Rose, (Fonseca,
Universidade Estadual de Campinas, Tese de Doutorado, São Paulo, 187 p,
1991).
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Coleta do Solo
O solo foi coletado até a profundidade de 10 cm, com o auxíl io de um trado,
onde se concentram grande parte do sistema radicular das plantas e das
propriedades biológicas do solo. Cada ponto de coleta de solo (célula) foi
georeferenciada com o auxil io de um aparelho de GPS, anotando-se a latitude,
a longitude e a alt i tude do local. Oito amostras do solo foram coletadas em
cada parcela, como demonstrado na Figura 2. Após a homogeneização, as
subamostras se constituíram de uma amostra composta, e colocadas em sacos
de plást icos e transportados ao laboratório para processar a análise, dentro de
um período de 24 h. O solo foi sempre passado por uma peneira (< 2 mm) e
armazenado à 5 ºC para a análise das propriedades microbiológicas.
Determinação da População de fungos, bactérias e actinomicetos
Para a determinação da população microbiana foram pesados 10g de solo, de
cada uma das amostras, e adicionados em frascos contendo 90 ml de água
desti lada e esteri l izada. Os frascos foram agitados por 40 minutos a 120 rpm.
A partir deste frasco, foi realizada uma diluição decimal em série até
1:10.000, para fungos e actinomicetos e, 1:100.000 para bactérias. A seguir,
foi transferida uma alíquota de 1 ml, com o auxíl io de uma micropipeta de
cada uma das diluições para placas de Petri e, em seguida vert ido o meio de
cultura.
Os meios de cultura uti l izados foram: Martin (Menzies, 1965)
modificado, para fungos (ágar 17g, KH2PO4 0,5g, K2HPO4 0,5g, MgSO4, 0,5g,
peptona 0,5g, dextrose 10g, extrato de levedura 0,5g, rosa de bengala 0,05g,
streptomicina 0,3g (adicionada após autoclavagem) e água desti lada 1000 ml
q.s.p.); Thornton (Parkinson et al. , 1971), para bactérias (extrato de carne 3g,
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peptona 10g, NaCl 5g, ágar 20g e água desti lada 1000ml q.s.p.) e Waksman
(1961), para actinomicetos (ágar 20g e água desti lada 1000 ml q.s.p. pH10).
As placas foram incubadas à 27 ºC no escuro, por um período de 24 h, para
bactérias, e 48 horas, para fungos e actinomicetos.
Após esse período foram feitas observações da presença de unidades
formadoras de colônias (UFC), o qual procedeu-se a contagem, uti l izando um
contador de colônia Phoenix, model EC550 A.
Os dados foram analisados uti l izando-se a comparação pelo teste de
Tukey a 5% de probabil idade pelo programa Sisvar, versão 4.3 Build 42
(Ferreira, DF, Sistema de análises estatísticas. Lavras: UFLA, 1999), com um
experimento inteiramente casualizado com cinco tratamentos com sete
repetições.
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste estudo, di ferenças nas características da comunidade microbiana do solo
associados com diferentes tipos de agroecossistemas foram detectados
uti l izando o método convencional de di luição de placas. A dinâmica da
população de fungos, bactérias e actinomicetos diferiu estatisticamente em
função de cada tratamento.
Quanto à população de fungos, os tratamentos solo sob a palma
(Opuntia fícus indica) e solo sob bancos de proteína (Gliricida sepium) não
diferiram estatisticamente entre si , apresentando uma maior densidade
populacional correspondente a 21 e 20 ufc x 10g/solo, respectivamente, em
relação ao solo sob área reflorestada (11 ufc x 10g/solo), solo sob a caatinga,
(6 ufc x 10g/solo) e solo sob pastagem, o qual apresentou a menor densidade
populacional fúngica: 2 ufc x 10g/solo (Figura 3).
Uma maior diversidade de fungos foi encontrada sob o solo da Caatinga,
nos quais foram identif icados (Barnett e Hunter, 1972) os gêneros Aspergil lus
spp., Stachybotrys sp., Gliocladium spp., Chaetomium sp. No solo sob a
palma, foi encontrada a predominância dos gêneros Syncephalastrum sp.,
Aspergi l lus spp. e Penici l l ium sp. No solo sob Gliricidia sepium foram
predominantes os gêneros Syncephalastrum sp. e Penicil l ium sp. Um único
gênero foi predominante na área reflorestada (Stachybotry sp.) e no solo sob
pastagem (Penicil l ium spp.).
Todos esses microrganismos encontrados nestes solos têm em comum, a
sobrevivência em restos de plantas em decomposição e celulose decomposta
(feno, palhada) e a tolerância a altas temperaturas (até 37º C) e ambientes
secos, alguns até xerófi los, como algumas espécies de Aspergil lus; o
crescimento não é influenciado pelo pH do solo. Diversas espécies possuem
importância biotecnológica como o gênero Chaetomium sp., que é relatado por
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
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sua principal função, que é a decomposição de fibras de celulose. Outros
gêneros como Penici l l ium sp. são produtores de antimicrobianos antifúngicos.
Aspergi l lus sp. é aplicado na produção de alimento, no processo de
fermentação e produção de cortisona e pode também decompor o plást ico
(Laboratory Microbiology Enviromental, 2004).
Assim, este resultado demonstra que um solo de ecossistema original
pode ter um equilíbrio que um agroecossistema não possui, existindo o
consenso de que a diversidade microbiana está diretamente relacionada à
estabil idade do ecossistema (Kennedy, 1999). A abundância de algumas
espécies de microrganismos parece não ser tão importante quanto a
manutenção da diversidade, isso porque a abundância reflete de forma mais
imediata a flutuação microbiana de curto prazo e a diversidade revela o
equilíbrio entre os diversos organismos e os domínios funcionais no solo
(Kennedy, 1999; Lavelle, 2000). E, de certa forma, a identif icação desta
biodiversidade, reflete a importância do solo da Caatinga para este
ecossistema e, para o Semi-Árido como um todo.
Cruz et al. (2000) encontrou variação no número de colônias fúngicas
entre cinco amostras de solo provenientes de áreas distintas. Por outro lado,
Godoi (2001) avaliando um solo de mata e três tipos de solo degradados
submetidos a diferentes sistemas de manejo para sua recuperação, não
encontrou diferenças na quantif icação da população fúngica.
A densidade populacional de bactérias foi maior no tratamento solo sob
a Caatinga (32 ufc x 10g/solo) e em seguida solo sob bancos de proteína (28
ufc x 10g/solo), solo sob áreas reflorestadas (26 ufc x 10g/solo), os quais não
diferiram estatisticamente; e foi menor no solo sob pastagem (4 ufc x
10g/solo) (Figura 4); apesar de que os fungos podem tolerar potenciais
osmóticos mais baixos do que as bactérias em um solo como a caatinga, onde
a disponibi l idade de água no solo também afeta a diversidade de espécie, a
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sobrevivência, o movimento e a at ividade dos microrganismos, em geral
(Lynch, 1986).
Alguns estudos demonstram que um alto número de bactérias, inclusive
rizóbios, com características de tolerância a estresses, foram isoladas e tem
revelado um alto grau de diversidade nas populações bacterianas do solo,
principalmente nas regiões tropicais (Neves e Rumjanek, 1998). Por outro
lado, o aumento no número de bactérias no solo sob Gliricida sepium, e áreas
reflorestadas com leguminosas arbóreas, resulta provavelmente, da
acumulação de matéria orgânica sobre o solo, influenciado pela presença de
raízes e materiais orgânicos em decomposição. Na rizosfera, observa-se uma
intensa atividade microbiana, em razão da presença de exsudatos e secreções
radiculares que representam as maiores fontes de carbono prontamente
disponíveis para os microrganismos (Grayston e Jones, 1996).
A população de act inomicetos foi mais alta em todos os tratamentos
quando comparado à população fúngica e bacteriana (Figura 5). O solo sob a
palma apresentou 127 ufc x 10g/solo; o solo sob área reflorestada e bancos de
proteína não diferiram estatisticamente, apresentando 56 e 52 ufc x 10g/solo,
respectivamente e no solo sob a Caatinga, 50 ufc x 10g/solo; a menor
população encontrada foi no solo sob pastagem: 35 ufc x 10g/solo.
Esta alta quantidade de actinomicetos encontrada em todos os
tratamentos decorre da diversidade metabólica e da evolução de mecanismos
específicos de dispersão (Araújo, 1998). Esta diversidade metabólica mostra a
grande variabil idade destes microrganismos em colonizar ambientes salinos,
ácidos, com elevada temperatura indicando a grande capacidade de se
adaptarem a ambientes extremos (Araújo, 1998), como é o caso da região
Semi-Árida. Segundo Pereira et al ., (2000) a população de actinomicetos
sobrevive em condições ambientais adversas, como períodos de seca de solos
e, portanto neste caso a mesma foi beneficiada.
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
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Comparando todos os tratamentos, o solo sob a pastagem foi o que
menos induziu a população microbiana, sendo que o solo sob a palma
demonstrou a maior indução da população microbiana. Bossio (1998) ao
estudar a comunidade microbiana em vários sistemas de manejo, verif icou que
o sistema que incluía pastagens foi menor do que outros sistemas estudados,
indicando a forte influência de diferentes espécies de plantas uti l izadas para
cobertura vegetal de um solo sobre os organismos microbianos. Em outro
estudo similar, foi constatada maior presença de bactérias em solo cult ivado
com leguminosas do que em gramíneas (Wollum, 1982). A redução da
diversidade microbiana no solo pode ser um importante indicador da perda de
resil iência e, por conseqüência, da qualidade do solo (Kennedy, 1999; Lavel le,
2000).
Já foi bem estudado que plantas tem um importante efeito na
microbiologia do solo, principalmente porque diferentes espécies de plantas
l iberam qualitativamente e quantitat ivamente di ferentes nutr ientes e
componentes orgânicos no solo (Grayston et al ., 1998). Em alguns estudos,
diferenças significantes na comunidade microbiana do solo associado com
diferentes espécies cult ivadas tem sido observado (Sici l iano et al. , 1998).
Entretanto, são poucos estudos que relatam os efeitos de tipos específ icos de
agroecossistemas na mudança da comunidade microbiana do solo,
particularmente em solos volumosos, o qual pode melhor ref letir a influência
sobre determinadas plantações.
Pfuller et al. (2000) atribuem variações de número de microrganismos
ao estágio de desenvolvimento das culturas, de cobertura de solo, os quais,
possivelmente, promoveram uma menor osci lação térmica do solo e maior
efeito rizosférico nas populações. Por meio dessa abordagem, tem sido
demonstrado que a biomassa microbiana responde de maneira diferenciada aos
manejos agrícolas adotados em cada agroecossistema (Cattelan e Vidor, 1990;
Moreira e Siqueira, 2002).
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Em um agroecossistema, a variação da diversidade microbiana está
diretamente l igada ao regime hídrico e ao clima da região, à estrutura e ao
manejo do solo, e ao teor e à qualidade dos resíduos vegetais aportados
(Rogers e Tate III, 2001; Tiedje et al ., 2001). Um solo com teor elevado de
matéria orgânica tende a manter a população microbiana mais estável ao longo
do ano, provavelmente, em decorrência da riqueza de nichos ecológicos, pela
heterogeneidade das fontes de carbono (De Fede et al ., 2001; Grayston et al.,
2001).
Percebe-se, dessa forma, que a diversidade de microrganismos é crí t ica
para o funcionamento do ecossistema, porque há a necessidade da manutenção
de processos ecológicos como a decomposição da matéria orgânica, ciclagem
de nutrientes e agregação do solo dentro do ecossistema (Kennedy, 1999).
Dessa forma, é extremamente importante a busca de métodos de avaliação da
diversidade de microrganismos no solo e também de formas de uti l ização
desses dados como indicadores do estado da qualidade do solo.
Este trabalho foi mais uma etapa para uma melhor compreensão dos
efeitos e interações de diferentes manejos sobre a comunidade microbiana do
solo e assim, determinar meios para a recuperação do solo e, implementar
práticas de manejo que poderão otimizar o ambiente microbiano do solo
objetivando um aumento da produtividade e ao mesmo tempo, a
sustentabil idade.
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
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CONCLUSÕES
1. As populações de fungos, bactérias e actinomicetos diferiram
estatist icamente nos solos dos diferentes agroecossistemas, sendo que o
solo sob o cult ivo da palma, uma vegetação nativa do Semi-Árido,
apresentou uma maior população microbiana;
2. A quantif icação da população da população microbiana nos solos de
diferentes agroecossistemas e no solo nativo da Caatinga, sugeriu que
um solo de ecossistema original pode ter um equilíbrio que um
agroecossistema não possui, existindo o consenso de que a diversidade
microbiana está diretamente relacionada à estabil idade do ecossistema.
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
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LITERATURA CITADA
ARAÚJO, M.J. Estratégias para isolamento seletivo de actinomicetos. In:
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B
C D
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
76
Figura 1. Diferentes agroecossistemas, localizados em propriedades de
produção de lei te para propriedades de base familiar, em Nossa
Senhora da Glória-SE. A. Pastagens cultivadas com capim Urocloa
mosambicensis (Hanck). Dandy); B. Áreas reflorestadas com
leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.). C.
Cercas vivas forrageiras de glir icídia (Gliricidia sepium (Jacq.)
Steud); D. Palma forrageira (Opuntia ficus-indica L. Mil ler),
cult ivada em fi leiras adensadas;
B A
C D
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
77
Figura. 2. Local de coleta do solo para a análise das amostras. As posições
das oito coletas de amostras dentro de cada parcela: palma (PM),
glir icidia (GL), áreas reflorestadas (AR), pastagem (PT) e Caatinga
(Caa) são demonstrados pelos círculos preenchidos. As setas
indicam a direção ao longo dos transectos, aproximadamente 1, 2,
4, 8 e 15 m entre dois círculos.
*A = Altitude
10 ° 12’17” ( S) 37º 19` 39” (W)
10 ° 12` 16” (S) 37º 19` 33’ (W)
10 °12`16” (S) 37º 19` 41” (W)
267m *A
10 °12`18” (S) 37º 19` 44” (W)
PM
P
GL
AR
8 m
4 m
15 m
2 m
Caa
10º12’53” (S) 37º19’23” (W)
2000 M
1 m
266m *A
269m *A
267m *A
247m *A
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
78
Figura 3: Densidade populacional de fungos sob diferentes
agroecossistemas, na região do Semi-Árido.
Médias comparadas pelo Teste de Tukey
Médias transformadas em √√√√x+1
αααα = 95%
CV = 18%
DMS = 0,977
0
5
10
15
20
25S
olo
sob
palm
a
Sol
o so
b ca
pim
Uro
cloa
mos
am
bice
nsis
Sol
o so
b á
rea
reflo
rest
ada
Sol
o so
bG
liric
idia
sepi
um
Sol
o so
b a
Ca
atin
ga
ufc
X 1
0g/s
olo
A
B
C
AB
C
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
79
Figura 4: Densidade populacional de bactérias sob diferentes
agroecossistemas, na região do Semi-Árido.
Médias comparadas pelo Teste de Tukey
Médias transformadas em √√√√x+1
αααα = 95%
CV = 16%
DMS = 1,114
020406080
100120140
Sol
o so
b pa
lma
Sol
o so
b ca
pim
Uro
cloa
mos
ambi
cens
is
Sol
o so
b ár
eare
flore
stad
a
Sol
o so
bG
liric
idia
sepi
um
Sol
o so
b a
Caa
tinga
ufc
x 10
g/so
lo
A
B
BC C
BC
Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido
80
Figura 5: Densidade populacional de actinomicetos sob diferentes
agroecossistemas, na região do Semi-Árido.
Médias comparadas pelo Teste de Tukey
Médias transformadas em √√√√x+1
αααα = 95%
CV = 22%
DMS = 1,201
05
10152025303540
Sol
o so
b pa
lma
Sol
o so
b ca
pim
Uro
cloa
mos
ambi
cens
is
Sol
o so
b ár
eare
flore
stad
a
Sol
o so
bG
liric
idia
sepi
um
Sol
o so
b a
Caa
tinga
ufc
x 10
g/so
lo
A
B
C
AB B
CAPÍTULO 4CAPÍTULO 4CAPÍTULO 4CAPÍTULO 4
“ANÁLISE DE RESTRIÇÃO DO DNA RIBOSSOMAL AMPLIFICADO “ANÁLISE DE RESTRIÇÃO DO DNA RIBOSSOMAL AMPLIFICADO “ANÁLISE DE RESTRIÇÃO DO DNA RIBOSSOMAL AMPLIFICADO “ANÁLISE DE RESTRIÇÃO DO DNA RIBOSSOMAL AMPLIFICADO
(ARDRA) DA COMUNIDADE MICROBIANA DE SOLOS EM (ARDRA) DA COMUNIDADE MICROBIANA DE SOLOS EM (ARDRA) DA COMUNIDADE MICROBIANA DE SOLOS EM (ARDRA) DA COMUNIDADE MICROBIANA DE SOLOS EM
DIFERENTES AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO DIFERENTES AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO DIFERENTES AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO DIFERENTES AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO
SEMISEMISEMISEMI----ÁRIDO”ÁRIDO”ÁRIDO”ÁRIDO”
Elaborado conforme as normas da Revista ao Elaborado conforme as normas da Revista ao Elaborado conforme as normas da Revista ao Elaborado conforme as normas da Revista ao qual será qual será qual será qual será
submetido:submetido:submetido:submetido:
FEMS
MICROBIOLOGY Ecology
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
82
Análise de restrição do DNA ribossomal amplificado
(ARDRA ) da comunidade microbiana de solos em
diferentes agroecossistemas e vegetação nativa no Semi-
Árido
Virgínia C. Oliveira*, Rita C. Trindade, Orlando M. Carvalho
Filho, Jefferson L. S. Costa
*Núcleo de Estudos do Semi-Árido, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão-SE,
49100-000, Brasil
Bolsista do CNPq/Programa Rhae, Embrapa Tabuleiros Costeiros
Recebido: Aceito:
Resumo
Nos últ imos anos, metodologias de pesquisa na área da genética
molecular se mostraram úteis na geração de estudos mais complexos em
ecologia microbiana. O ácido desoxirribonucléico do ribossomo (DNAr) é
considerado o mais úti l para estudos comparativos na ecologia microbiana,
porque é a região que apresenta um grau elevado de conservação e pode
acumular variabil idade ao longo dos anos. A análise de restrição do DNA
ribossomal amplif icado (ARDRA) foi uti l izado para detectar o efeito de
quatro diferentes agroecossistemas com 15 anos de cult ivo sobre a estrutura
genética da comunidade microbiana do solo, no Semi-Árido. Os
agroecossistemas incluíram: áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas -
sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia); pastagens cult ivadas com capim (Urocloa
mosambicensis); palma forrageira (Opuntia f icus-indica), cult ivada em fi leiras
adensadas; pastagem com Gliricidia sepium. Solos do ecossistema original, a
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
83
Caatinga, foram uti l izados como testemunha. Para a ampli f icação da região
18S do DNA ribossomal fúngico foram uti l izados os primers NS1 e NS4. No
caso das bactérias foi amplif icado o DNA do operon ribossomal,
correspondente ao DNAr 16S uti l izando os primers 27f e 1525 r. A análise de
restrição da região 18 S com a enzima Hinf I revelou uma estrutura genética
única e diferenciada da comunidade fúngica no solo sob a caatinga em relação
aos demais tratamentos. Já a região 16S digerida pela enzima Hae III,
demonstrou 100% de similaridade da estrutura genética bacteriana entre o solo
sob áreas reflorestadas e solo sob a caatinga. Igualmente 100 % de
similaridade genética foi encontrada nos solos sob a palma, pastagens e sob
Gliricidia sepium. Portanto, ARDRA se revelou um potente marcador porque
diferenciou a estrutura genética da comunidade microbiana existente nos
diferentes solos, indicando que o ecossistema original pode possuir uma
população diferenciada que já não existe no solo cult ivado. Dessa forma, este
bioindicador pode contribuir para uma melhor compreensão da biodiversidade
microbiana, em resposta a diferentes manejos agrícolas e sua relação com o
ecossistema original.
Palavras-chaves: bioindicador, marcador molecular, biodiversidade,
sustentabil idade, ecossistema.
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
84
Abstract
In these last years, research methodologies in molecular genetics had
been useful to generate a more complex study regarding the microbial
ecology. The deoxyribonucleic acid of r ibosome (rDNA) is considered very
useful for comparative studies in the microbial ecology, since it because is the
region has a high degree of conservation and can accumulate variabil i ty over
the years. The restriction analysis of the amplif ied ribosomal DNA (ARDRA)
was used to detect the genetic structure of the microbial community in four
different 15-year-old agro-forestry-pasture systems in the Semi-Arid Area.
The agro systems are: reforested areas with tree legume – “sabiá” (Mimosa
caesalpiniaefolia); pastures of grass (Urocloa mosambicensis); pastures of
Gliricidia sepium; palm crop (Opuntia f icus indica), cult ivated in adensed
rows. The undisturbed native Caatinga grassland was used as a control. The
18S DNA region was amplif ied by using the primers NS1 and NS4. The
bacteria operon 16 S rDNA was ampli f ied by using primers 27f and 1525r.
The analysis of the Hinf I restriction enzyme disclosed that the 18S region
present a unique genetic structure of the fungi community in the soil under
Caatinga. The 16S region digested by Hae III enzyme, revealed a 100% of
similarity of the bacterial genetic structure in the soil under reforested areas
and soil under Caatinga. Opposing there was a 100 % of genetic similari ty in
the soi l under the palm, pastures and soil under Gliricidia sepium. Therefore,
ARDRA indicated to be a powerful marker because it di fferentiated the
genetic structure of the microbial community existing in dif ferent soils,
indicat ing that the original ecosystem can have a differentiated populat ion
that no longer exists in the cult ivated soi l. A bioindicator can contribute for a
better understanding of biodiversity, response agriculture management and its
relation with the original ecosystem.
Keywords: bioindicator, molecular marker, biodiversity, sustainabil i ty,
ecosystem.
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
85
1. Introdução
A ativ idade agrícola no Brasi l quase sempre leva a uma redução da
biodiversidade, resultado da transição de área natural, com muitas espécies de
plantas e animais convivendo em equi l íbrio ecológico dinâmico, para área
agrícola, com reduzido número de espécies convivendo em desequilíbrio. A
perda de espécies vegetais muito provavelmente causa também alterações na
biodiversidade dos solos, já que suas raízes constituem-se em fonte de energia
para microrganismos específicos da rizosfera. A perda de diversidade destes
microrganismos pode alterar a estrutura populacional de outros organismos
situados ao longo da cadeia tróf ica [3].
Os microrganismos vêm evoluindo a aproximadamente 4 bilhões de
anos, e até 2 bilhões de anos atrás eram as únicas forma de vida na Terra
[24,26]. Em virtude da sua longa história evolutiva e da necessidade de
adaptação aos mais distintos ambientes, os microrganismos acumularam uma
impressionante diversidade genética, que excede, em muito, a diversidade dos
organismos eucariontes [7,26].
Sendo assim, os microrganismos representam o repertório mais rico em
diversidade química e molecular na natureza, constituindo a base de processos
ecológicos, como os ciclos biogeoquímicos e a cadeia trófica, além de
manterem relações vitais entre si e com os organismos superiores [7]. A
diversidade de microrganismos é tão vasta quanto desconhecida. Um grama de
solo pode conter 10 bilhões de microrganismos, representando milhares de
espécies [18].
Atualmente os especialistas reconhecem que apenas uma pequena fração
dos microrganismos que ocorrem naturalmente foi até agora isolados e
caracterizados [23]. Meios de cultura seletivos não são capazes de mimetizar
as condições que microrganismos particulares requerem para sua proli feração
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
86
em seu habita natural. Técnicas microbiológicas tradicionais e a microscopia
convencional são meios insuficientes para responder a estas questões [9,14].
Assim, o estudo da biologia molecular dos microrganismos, que, sem
dúvida nenhuma, trouxe grande avanço ao estudo da diversidade microbiana,
só passou a ganhar importância em meados da década de 80, a partir dos
estudos de Stackebrandt et al . [22], que sugeriram o uso do 16S DNAr para
afi l iação de grupos bacterianos. Recentemente, tentativas de se associar à
diversidade de microrganismos do solo com a qualidade do solo têm sido
realizadas.
Estas técnicas vem sendo amplamente uti l izadas para determinar a
diversidade genética de comunidades microbianas, como demonstram estudos
realizados por diversos autores [17,26,27]. Ácidos nucléicos DNA ou RNA são
extraídos de populações microbianas mistas e usadas em diferentes estratégias
moleculares a fim de determinar a complexidade da comunidade e identi f icar
membros na população, sem necessidade de cult ivo em meio de cultura [17].
A anál ise de restrição do DNA ribossomal ampli f icado (ARDRA) tem
sido muito uti l izado para estudar as comunidades microbianas em diferentes
tipos de solo. O método se baseia na investigação de parte da seqüência do
DNA, notadamente o gene 16S rDNA, em bactérias, e 18S rDNA, para fungos,
que é ampli f icado por PCR e posteriormente caracterizado através de análise
por eletroforese, obtendo-se assim, um perfi l da comunidade microbiana [13,
15).
Assim, este trabalho pretendeu investigar a estrutura genética da
comunidade microbiana do solo nos agroecossistemas: áreas reflorestadas com
leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.); pastagens
cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis (Hanck). Dandy),; palma
forrageira (Opuntia f icus-indica L. Mil ler), cult ivada em fi leiras adensadas;
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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pastagens cult ivadas com Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); e em solos do
ecossistema original, a Caatinga (testemunha) no Semi-árido sergipano.
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
88
2. Material e Métodos
2.1Local e solos
Os locais experimentais estão situados na estação de pesquisa da
Embrapa Semi-Árido (10°12'16” S e 37°19'41” W), no município de Nossa
Senhora da Glória, estado de Sergipe, e os sistemas agroecológicos têm um
histórico de 15 anos contínuos, instalados em uma área totalmente descoberta
pela vegetação nativa (a Caatinga). Os solos predominantes nesta unidade
apresentam grande diversidade, variando desde solos bruno não cálcicos,
cascalhentos, de alta fert i l idade natural, a planosolos rasos e pedregosos, além
de solos l i tól icos ambos medianamente férteis, com problemas de salinidade
(Carvalho Filho OM et al . 2000, Sistemas de produção. Documentos: Embrapa
Semi-Árido). O clima na região é o semi-árido e consiste em dois períodos
chuvosos na região seca. O índice pluviométrico anual está na escala de 80
para 250 mm e temperaturas anuais de um máximo de 32,7 °C para um mínimo
de 19,8 °C [12].
Pressuposto básico da sustentabil idade do sistema de produção e o que
o diferencia dos sistemas correntes, a infra-estrutura agrossilvopastori l que
foi implantada é constituída dos seguintes componentes básicos de quatro
parcelas (Figura 1):
a. Bancos de proteína de Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); neste sistema as
plantas são estabelecidas em espaçamentos de 2m x 1m. Podas a partir
do segundo ano de plantio, após início da estação chuvosa, são
efetuadas em corte, a 20 cm de altura, com incorporação da folhagem ao
solo, quando em consórcio e, sempre que as plantas alcançam, 1,70 m de
altura, são feitas podas para fenação ou ensi lagem, conforme as
condições meteorológicas reinantes, ou fornecimento em estado fresco
aos animais, podendo, também, em plantios exclusivos, permitir-se o
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
89
pastejo direto. O acesso controlado de animais (uma a duas horas/dia) é
permitido 40-50 dias após o corte da gliricidia para ensilagem.
b. áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas - áreas plantadas
principalmente com sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.) e em
menor proporção, outras leguminosas.
c. pastagens cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis (Hanck).
Dandy) - são estabelecidas por sementes, observando-se os períodos de
dormência para cada espécie (seis e doze meses respectivamente) e os
valores culturais dessas sementes.
d. palma forrageira (Opuntia f icus-indica L. Mil ler) - Neste sistema a
palma forrageira é estabelecida em espaçamentos de 3,0m x 0,25m
cultivada em fi leiras adensadas; impl ica necessariamente em adubações
intensivas, na fundação e após cada corte, a saber: 10 ton de esterco/ha;
fósforo, potássio e calcário. Limpas (capinas após o plantio e roçagens,
depois de estabelecida a palma) são realizadas de maneira a manter o
palmal l ivre de invasoras que podem reduzir a produção desejada. A
vantagem desse sistema, em relação ao adensamento convencional (2 x
0,5)m é que permite o plantio de milho e/ou feijão no primeiro ano e
redução considerável dos custos de roçagem, inviabil izados no neste
últ imo. Os cortes para fornecimento aos animais são efetuados a cada
dois anos a partir do segundo ano do plant io.
A área nativa do ecossistema original – o bioma da Caatinga - está
separado do local experimental por uma estrada e possui a predominância de
populações signif icativas de Caesalpinia pyramidalis Tul., Annona
vepretorum Mart. & Desv., Opuntia palmadora Britt. & Rose, (Fonseca,
Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 187 p, 1991).
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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2.2 Coleta do Solo
O solo foi coletado até a profundidade de 10 cm, com o auxíl io de um
trado, onde se concentram grande parte do sistema radicular das plantas e das
propriedades biológicas do solo. Cada ponto de coleta de solo (célula) foi
georeferenciada com o auxil io de um aparelho de GPS, anotando-se a latitude,
a longitude e a alt i tude do local. Oito amostras do solo foram coletadas em
cada parcela, como demonstrado na Figura 2. Após a homogeneização, as
subamostras se constituíram de uma amostra composta, e colocadas em sacos
de plásticos e transportados ao laboratório para processar a análise. O solo foi
sempre passado por uma peneira (< 2 mm) e armazenado à -20 ºC para a
análise da estrutura genética da diversidade microbiana.
2.3 Extração do DNA
Os ácidos nucléicos das amostras de solo foram extraídos conforme
procedimento do Kit de extração de DNA do solo UltraClean Soil DNA
Isolation (Mo Bio Laboratories, Inc., Cali fórnia, USA). Para tanto, fez-se uma
suspensão de 1 g de solo em 600 µ l de Solução S1. Esta suspensão, contendo
células microbianas, foi submetida à l ise em um mini-beadbeater (Bioespec
Products). O DNA foi extraído com solução S2 e S3, e posteriormente,
puri f icado ut i l izando-se um fi l tro com solução S4 e S5.
2.4 PCR, digestão e eletroforese em gel de agarose da região 18S –
diversidade fúngica e região 16S – diversidade bacteriana
Após a extração o DNA foi ampli f icado via reação de PCR (“Polymerase
Chain Reaction” - Reação de pol imerase em cadeia), uti l izando-se uma
alíquota de 25µ l de uma solução composta de 2 ng de DNA genômico; 10mM
de Tris-HCl, pH 8,2; 50mM de KCl; 2mM de MgCl2; 0,1 mM de cada um dos
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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desoxirr ibonucleotídeos; uma unidade de Taq polimerase e 0,4 µM de cada
primer a ser uti l izado.
Para a ampli f icação do DNA ribossomal fúngico foi ut i l izado os primers
NS1 e NS4 para amplif icação da região 18S [27]. No caso das bactérias foi
ampli f icado o DNA do operon ribossomal, correspondente ao DNAr 16S
uti l izando os primers 27f e 1525r [5].
As reações de amplif icação foram realizadas em um termociclador
Hybaid Sprint. Os ciclos de amplif icação foram programados especificamente
para cada região: 18S – 30 ciclos consist indo de 95º C por 2 min, 50º C por 30
seg, 72º por 2 min, 95º por 30 seg seguidos por uma etapa final de extensão de
10 min à 72º C; 16S – 95º C por 2 min, 35 ciclos consistindo de 94º C por 1
min, 55º C por 1 min, 72º C por 3 min e uma etapa final, 72º C por 3 min.
A seguir, de um total de 25 µ l do produto ampli f icado, 5µ l foram
digeridos uti l izando-se 10U das enzimas de restrição Hae III (Promega,
Madison, WI, USA) para a região 16S e Hinf I ( Invitrogen Life Technologies,
Carlsbad, Ca, USA) para a região 18S, diluídas em 1,5µ l de tampão e 8µ l de
água estéri l desti lada. A incubação da reação de digestão permaneceu
overnight a 37 º C. Os produtos de digestão foram separados em gel de
agarose a 2% contendo 0,5 µg/ml de brometo de etídeo, imerso em tampão
TBE (Tris Borato 90,0 mM, EDTA 1,0 mM, pH 8,0 ) e fotodocumentado em
Polaroid no sistema Photoman (Amersham Pharmacia Biotech UK, Uppsala,
Sweden). A partir do padrão de bandas obtidas foi feita uma matrix e em
seguida, um dendrograma, de acordo com a anál ise filogenética em UPGMA
(Unweighted Pair-group Arithmetic Average) [21].
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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3. Resultados e Discussão
Todas as amostras do DNA ampli f icados com os primers para
ampli f icação da região 18S e região 16S de todos os tratamentos geraram
bandas em torno de 1570 bp (Figura 3). ARDRA com a digestão da enzima
Hae III para a região 16S bacteriana resultou em dois grupos distintos (Tabela
1) de estrutura genética da comunidade microbiana do solo no gel de agarose
(Figura 4A), confirmado pelo dendrograma (Figura 4B): 1 – solo sob áreas
reflorestadas e caatinga; 2 – solo sob a palma, pastagem e glir icida sepium, os
quais possuíram apenas 30% de simil iaridade genética com o grupo 1. A
digestão da região 16S pela enzima Hae III no grupo 2 originou apenas uma
banda em torno de 100 pb, enquanto no grupo 1 originou quatro fragmentos,
variando de 600 a 100 pb.
Já a enzima de restr ição Hinf I para a região 18S gerou outros perfis
eletroforéticos de ARDRA diferenciando apenas o solo sob a Caatinga (Grupo
1), dos outros tratamentos (Grupo 2), com a presença de uma banda de 300 pb
no genótipo (Figura 5A) (Tabela 1). O padrão de digestão pela enzima Hinf I
gerou cinco fragmentos no grupo 1 e quatro fragmentos no grupo 2. O grupo 1,
solo sob a caatinga, possuiu 80% de similaridade genética em relação ao grupo
maior (2) constituído pelo solo sob áreas reflorestadas, solo sob a palma, solo
sob pastagem e solo sob gl ir icida sepium (Figura 5B).
Métodos moleculares de análise da estrutura e diversidade microbiana,
uti l izando DNA genômico extraído diretamente de amostras ambientais,
surgidos na últ ima década, têm permitido um avanço considerável no estudo
da ecologia de microrganismos [13,14,24]. Essas técnicas permitem a
identif icação de fatores empregados no manejo do solo que interferem nas
múltiplas funções e hábitats da comunidade microbiana [15], bem como a
caracterização detalhada da estrutura e sucessão microbiana em solos
agrícolas, incluindo os microrganismos não cult iváveis [6] e as espécies
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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predominantes, que podem ser uti l izadas como indicadoras de funcionalidade
e qualidade do solo [13,16].
Neste trabalho, a análise de restrição do DNA ribossomal amplif icado
revelou diferenças na estrutura da diversidade genética nos diferentes t ipos de
solos estudados. A região 16S ampli f icada e digerida pela enzima Hae III
indicou que no solo sob áreas reflorestadas e sob a caatinga, a estrutura
genética da comunidade bacteriana se mostrou diversificada e diferenciada em
relação ao solo sob a palma, pastagem e Gl ir icida sepium (Jacq.) Steud). Isto
demonstra que o solo sob área reflorestada com leguminosas arbóreas possui
uma mesma estrutura genética do ecossistema original, a Caatinga, que é a
referência deste estudo, significando um aspecto posit ivo quanto à
recuperação do solo na região, ou seja, pode-se inferir que mesmo não sendo o
ecossistema original, o t ipo de vegetação manteve ou retornou a população
microbiana que antes estava presente, mesmo após 15 anos de cult ivo. A
diversidade revela o equilíbrio entre os diversos organismos e os domínios
funcionais no solo [8, 10].
Por outro lado, a região 18S ampli ficada e digerida pela enzima Hinf I
indicou que no solo sob a Caatinga existe uma estrutura genética específica na
comunidade microbiana, os quais não foi encontrado nos outros tratamentos.
Pode-se sugerir que esse marcador revelou uma estrutura genética da
comunidade fúngica que é nativa do solo do ecossistema original, que já não
existe no agroecossistema, antes coberto pela vegetação nativa, a Caatinga;
assim, nesse processo, um novo perfi l surgiu. Na Amazônia, foram realizados
estudos de análise da diversidade microbiológica em dois t ipos de solos: solo
de pastagens degradadas e solo de floresta nativa [1]. A análise uti l izando
DNA como bioindicador, sugeriu que um grande número de organismos,
inclusive organismos ainda não identi f icados que foram encontrados em solos
de f loresta nativa, não foram encontrados nos solos de pastagens,
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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evidenciando presumivelmente, propriedades diferentes do solo associado com
a conversão para pastagem.
Magnuson e Lasure, [11] uti l izando ARDRA revelaram que uma grande
porcentagem de fungos não é cult ivável. A porcentagem de fungos cult iváveis
encontrados, nos seus estudos, em quatro amostras de solo de diferentes
agroecossistemas, é consistente com a est imativa de 17% proposta por Torsvik
[23]. Se 80-90 % de fungos do solo não são cult iváveis, isto implicaria que
0.5-1 milhões de espécies fúngicas existem. Claramente, uma larga
diversidade de fungos ainda não foi descoberta.
Quanto à diversidade funcional, pode ocorrer a manutenção das funções
bioquímicas no ecossistema, mesmo quando ocorre a substituição de um
determinado organismo por outro [24, 25]. Isso ocorre porque organismos
funcionalmente semelhantes exibem várias formas de sobrevivência,
adaptando-se a diferentes condições de crescimento e suportando adversidade
de diferentes ambientes, hábitats e nichos [14].
Chaberie [2] informa que a região do rDNA 16S não indicou nenhuma
diferença entre solos nativos que t iveram culturas sucessionais de várias
espécies de plantas ao longo dos anos, ou seja, a estrutura genética da
comunidade bacteriana se mostrou homogênea. Por outro lado, o f ingerprint
da região 18S demonstrou diferenças entre os tratamentos. O autor atribui
esses resultados a algumas espécies das bactérias dominantes que ocorrem
geralmente no solo nativo [4] e a variabi l idade dos fungos poderia
principalmente ser causado peça presença de micorrizas arbusculares neste
tipo de solo, ou seja, o t ipo de vegetação influencia diretamente na estrutura
genética da comunidade microbiana do solo. Além disso, as bactérias e os
fungos possuem mecanismos da resistência e de dormência. Uti l izam esses
mecanismos se as circunstâncias locais não permitirem sua sobrevivência pela
fal ta de água ou dos nutrientes. O “f ingerprint genético” dos microrganismos
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f ica na "memória" do solo, mas sua expressão é silenciada até que uma
mudança ambiental ocorra.
Smith et al . [20], detectaram diferenças na comunidade microbiana em
um solo agricultável com contaminação de cobre, util izando ARDRA para
região 16S. O solo que estava contaminado pelo cobre possuiu uma baixa
diversidade na comunidade microbiana deste em relação ao solo nativo.
Segundo Felske e Akkermans [4], geralmente poucas espécies de bactérias
dominantes ocorre em solos nativos.
Em outros estudos, tentativas de se associar a diversidade de
microrganismos do solo com a qualidade do solo foi real izado. Smit et al. [19]
compararam seus resultados com dados de seqüência do 16S rDNA da
l iteratura entre cinco divisões bacterianas (Acidobacterium, Proteobacteria,
Nitrospira, cianobactéria e bactérias verdes sulforosas), para avaliar a relação
entre a abundância dos grupos microbianos e as condições de ferti l idade do
solo. Os resultados mostraram que nos solos com alto teor de nutr ientes
disponíveis há uma seleção posit iva de bactérias das divisões a e g-
proteobacteria, isto é, seleção de bactérias com altas taxas de crescimento. Por
sua vez, nos solos com baixo teor de nutrientes disponíveis, ou alto teor de
substratos recalcitrantes, a percentagem de Acidobacterium foi mais alta,
sendo uma seleção de bactérias com baixo potencial de crescimento, mas com
alta capacidade de competir por substratos.
A partir desses dados, Smit et al . [19] sugeriram que a razão entre o
número de Proteobacteria e Acidobacterium serve como indicat ivo da condição
nutr icional do solo. Os menores valores para essa razão seriam observados em
solos oligotróf icos; as intermediárias, em solos agrícolas com baixo aporte de
matéria orgânica; os altos, em solos agrícolas com alto aporte de matéria
orgânica.
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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A técnica de ARDRA neste estudo se mostrou um bioindicador potente
porque detectou mudanças na estrutura da comunidade microbiana no solo sob
quatro diferentes agroecossistemas e no solo sob o ecossistema original.
Assim, as técnicas moleculares oferecem um enorme potencial para ampliar os
estudos de ecologia microbiana, e desta forma poder entender os processos de
transformação de um solo natural para um solo “transformado”. A partir dessa
relação, contribuir com medidas preventivas para concil iar manejo e
sustentabil idade.
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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Figura 1. Diferentes agroecossistemas localizados em propriedades de
produção de lei te para propriedades de base familiar, em
Nossa Senhora da Glória-SE. A. Pastagens cultivadas com
capim Urocloa mosambicensis (Hanck). Dandy); B. Áreas
reflorestadas com leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa
caesalpiniaefolia Benth.). C. Cercas vivas forrageiras de
gliricídia ( Gliricidia sepium Jacq. Steud); D. Palma forrageira
(Opuntia ficus-indica L. Mil ler), cult ivada em fi leiras
adensadas;
B A
C D
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Figura. 2. Local de coleta do solo para a análise das amostras. As posições
das oito coletas de amostras dentro de cada parcela: palma (PM),
glir icidia (GL), áreas reflorestadas (AR), pastagem (PT) e Caatinga
(Caa) são demonstrados pelos círculos preenchidos. As setas
indicam a direção ao longo dos transectos, aproximadamente 1, 2,
4, 8 e 15 m entre dois círculos.
*A = Altitude
10 ° 12’17” ( S) 37º 19` 39” (W)
10 ° 12` 16” (S) 37º 19` 33’ (W)
10 °12`16” (S) 37º 19` 41” (W)
267m *A
10 °12`18” (S) 37º 19` 44” (W)
PM
P
GL
AR
8 m
4 m
15 m
2 m
Caa
10º12’53” (S) 37º19’23” (W)
2000 M
1 m
266m *A
269m *A
267m *A
247m *A
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102
Figura 3. Produtos amplif icados da região 18S e 16S da comunidade
microbiana de solos sob áreas reflorestadas com leguminosas
arbóreas (1 e 6); pastagens cultivadas com capim Urocloa
mosambicensis (2 e 7); palma forrageira (Opuntia ficus-indica) (3
e 8); bancos de proteínas de Gliricidia sepium (4 e 9) ; e em solos
do ecossistema original, Caatinga (5 e 10) no Semi-árido
sergipano. Linha 1-5: Região 18S; Linhas 6-10: Região 16S.
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
100 pb
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0.1 0.3 0.4 0.6 0.8 0.9 1.1 1 Reflorestada 4 Caatinga 2 Palma 3 Pastagem 5 Gliricidia
Figura 4. Diversidade genética da comunidade bacteriana do solo sob
quatro agroecossistemas e ecossistema nativo, no Semi-árido. A.
Produtos de ARDRA da comunidade bacteriana dos solos
gerados com o primer 25f e 1525r. Linha 1 - solos sob áreas
reflorestadas com leguminosas arbóreas; l inha 2 – solo sob
palma forrageira (Opuntia ficus-indica); l inha 3 - pastagens
cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis ; l inha 4 - solo de
Caatinga; l inha 5 – solo sob Gliricidia sepium. B. Similaridade
genética da comunidade bacteriana do solo sob quatro
agroecossistemas e Caatinga pela análise de UPGMA baseado
nos produtos gerados por ARDRA.
1 2 3 4 5 M
600 pb
A
B
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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0.7 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 1.0 1 reflorestada 3 Palma 4 Pastagem 5 Gliricidia 2 Caatinga
Figura 5. Diversidade genética da comunidade fúngica do solo sob quatro
agroecossistemas e ecossistema nativo, no Semi-árido. A.
Produtos de ARDRA da comunidade fúngica dos solos gerados
com o primer NS1 e NS4. Linha 1 - solos sob áreas reflorestadas
com leguminosas arbóreas; l inha 2 – solo de Caatinga; l inha 3 -
solo sob palma forrageira (Opuntia ficus-indica); l inha 4 -
pastagens cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis ; l inha 5
– solo sob Gliricidia sepium. B. Similaridade genética da
comunidade fúngica do solo sob quatro agroecossistemas e
Caatinga pela análise de UPGMA baseado nos produtos gerados
por ARDRA.
M 1 2 3 4 5 M
B
A
1 Kb 100 pb
Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido
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Tabela 1. Classif icação dos solos sob quatro agroecossistemas e
ecossistema nativo, no Semi-árido sergipano no grupo ARDRA, baseado na
digestão dos produtos amplif icados da região do DNA ribossomal de
fungos (18S) e bactérias (16S) habitantes destes solos.
Solo
Região 16S
do rDNA
Hae III
Região 18S
do rDNA
Hinf I
Caatinga 1 1
Áreas reflorestadas com leguminosas
arbóreas
1 2
Pastagem cultivada com capim Urocloa
mosambicensis
2 2
Pastagem cultivada com Gliricidia sepium 2 2
Palma forrageira (Opuntia f icus-indica) 2 2
CAPÍTULO 5CAPÍTULO 5CAPÍTULO 5CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES E SUGESTÕES CONCLUSÕES E SUGESTÕES CONCLUSÕES E SUGESTÕES CONCLUSÕES E SUGESTÕES
Capítu lo 5 – Conc lusões e Sugestões
107
1. CONCLUSÃO GERAL1. CONCLUSÃO GERAL1. CONCLUSÃO GERAL1. CONCLUSÃO GERAL
Considerando as metas de uma agricultura moderna, tem havido uma
demanda crescente para a identi f icação de parâmetros que avaliem,
precocemente e de modo efetivo, a qualidade do solo, identi f icando os
manejos adequados para preservar suas propriedades químicas, físicas e
biológicas e garantir a sustentabil idade dos agroecossistemas.
Esta Dissertação de mestrado conseguiu alcançar os objet ivos propostos
no sentido de que parâmetros indicativos foram identif icados para a aval iação
da qualidade do solo nos diferentes agroecossistemas do Semi-árido brasileiro
e sobretudo, detectar a biodiversidade presente nestes solos e no bioma da
Caatinga, nunca estudado antes.
Os três parâmetros uti l izados: atividade microbiológica, população e o
DNA dos microrganismos do solo apresentam-se como bons bioindicadores,
pois detectaram alterações provocadas por diferentes manejos do solo. A
atividade microbiológica detectou um bom manejo do solo, através da
implementação de agroecossistemas, permitindo que um solo, que antes estava
descoberto pela sua vegetação nativa, que era a Caatinga, t ivesse uma boa
recuperação, refletindo em uma alta atividade dos organismos ali presentes.
A população dos microrganismos, por sua vez, demonstrou uma ampla
biodiversidade presente nos solos da Caatinga, que não estava presente nos
agroecossistemas. Isto indica que um ambiente transformado, como no solo
dos agroecossistemas, há uma tendência de mudança da comunidade al i
presente, como já é previsto. Mas, apesar destes solos “transformados” não
terem uma alta diversidade, como ocorreu no ecossistema nativo, os
organismos ali presentes conseguiram suprir a deficiência da falta de seu
habitat natural mantendo-se ativos metabolicamente, devendo-se isso a uma
boa recuperação do solo influenciada pelo tipo de manejo.
Por últ imo, o exame do DNA destes microrganismos veio de encontro
aos outro dois bioindicadores testados. Pode-se sugerir que a análise
Capítu lo 5 – Conc lusões e Sugestões
108
molecular detectou no solo da Caatinga uma estrutura genética fúngica e
bacteriana, diferenciada na população microbiana em relação aos solos dos
agroecossistemas, e que se o solo transformado for bem manejado, a
população microbiana pode permanecer estável, como ocorreu no solo sob área
reflorestada, que indicou a mesma estrutura genética do ecossistema original.
Portanto, esse trabalho além de ter contr ibuído para aval iar a qualidade
do solo nos agroecossistemas do Semi-Árido, gerou também dados sobre a
biodiversidade da Caatinga, extremamente necessário para elevar esse bioma à
condição de patrimônio nacional. E assim, compreender melhor a comunidade
microbiana e o ecossistema, visando a sustentabi l idade dos sistemas agrícolas
e mais além, conhecer os habitantes desse recurso precioso, o solo.
Capítu lo 5 – Conc lusões e Sugestões
109
2222 . SUGESTÕES. SUGESTÕES. SUGESTÕES. SUGESTÕES
2.1 Os bioindicadores testados neste estudo poderão ser uti l izados:
a) em mais de uma época do ano para que possa ter uma melhor aval iação
da dinâmica temporal da microbiota dos solos refletindo a qualidade do
solo;
b) em outros ecossistemas como a Mata Atlânt ica, Pantanal, Amazônia e
Cerrado, para a avaliação e caracterização da biodiversidade de seus
sistemas agrícolas;
c) em apoio a elaboração de EIAs (Estudos de Impacto Ambiental) e
RIMAs (Relatórios de Impacto Ambiental);
d) em áreas com diversos fins de uso tais como a agricultura, a mineração
e a indústria.
2.2 Recomenda-se o sequenciamento de regiões conservadas do DNA da
comunidade microbiana resultantes de estudos de monitoramento
ambiental. As seqüências gênicas deverão ser submetidas à base de
dados do GenBank, ou similares, em busca de novas espécies de
microrganismos jamais descritas.
“Uma nova forma de civilização,
baseada no uso sustentável de
recursos renováveis, não é apenas
possível, mas essencial”.
(in McNeely et al ., 1990, p. 10)
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