MICROBIOTA DO SOLO E SEUS PRINCIPAIS PROCESSOS

MicrorganismosMicrobiologia o estudo dos microrganismos, um grande grupo de seres vivos capazes de existirem como clulas nicas ou em agrupamentos em que cada clula um indivduo.

Autonomia: cada clula microbiana independente quanto a seus processos vitais de obteno de energia, crescimento e reproduo. Todos os microrganismos tm estrutura celular: PROCARIOTOS e EUCARIOTOS

ESQUEMA ESTRUTURAL DE UMA CLULA PROCARITICA

MEMBRANA FOTOSSINTTICA OU OUTRAS INVAGINAES RIBOSSOMOS MESOSSOMO

CPSULA PAREDE CELULAR MEMBRANA CITOPLASMTICA FILAMENTO CROMOSSMICO ( DNA ) GRNULOS DE RESERVA

GAS VACUOLO FLAGELO

0,2 a 2,0 m

ESQUEMA ESTRUTURAL DE UMA CLULA EUCARITICAVACUOLO CPSULA

PAREDE CELULAR MEMBRANA

VACUOLO CONTRTIL VACUOLO DIGESTIVO CLOROPLASTO

RIBOSSOMOS NCLEO NUCLOLO RETCULO ENDOPLASM. CENTROLO GRNULOS DE ESTOQUE

MITOCNDRIA FLAGELO

> 2,0 m

MICROSCPIO PTICO: Utiliza luz visvel como fonte de iluminao Aumento de at 1000x (boa resoluo) Estruturas no evidenciadas Objetos devem ser muito finos Uso de corantes: h mais de 150 anos!

MICROSCPIO ELETRNICO Utiliza eltrons como fonte de iluminao ao invs de luz Direcionamento dos eltrons por campo magntico

Tipos: de Transmisso e de Varredura

MICRORGANISMOS DO SOLO

Funes:Decomposio Ciclagem de nutrientes FBN Fotossntese Interaes: ... micorriza

SOLO COMO HBITAT

O solo constitui um sistema muito dinmico e organizado e representa um excelente meio para a sobrevivncia e proliferao de uma variedade de organismos representada por componentes macro e microscpicos

DENSIDADE E BIOMASSA DE ORGANISMOS DO SOLO ORGANISMOS QUANTIDADE ESTIMADA (NO / m2) Biomassa (g / m2)

BACTRIAS FUNGOS NEMATIDES PROTOZORIOS ALGAS L. DE COLEPTEROS LARVAS DE DPTEROS MINHOCAS TRMITAS FORMIGAS ARACHNIDA

1013 - 1014 1010 - 1011 108 - 1010 1010 1010 10 - 103 10 - 103 102 102 - 105 102 - 105 10

50 100 10 9 1

50 4 0,5 0,5

(Moreira e Siqueira, 2002, modificado)

COMPONENTES DA BIOTA DO SOLOPROCARIOTOS: BACTRIAS: ACTINOMICETOS CIANOBACTRIAS

EUCARIOTOS: FUNGOS ALGAS MACROFAUNA: ANELDEOS, TRMITAS, FORMIGAS MESOFAUNA: CAROS, COLMBOLOS MICROFAUNA: PROTOZORIOS, NEMATIDES

Morfologia e fisiologia variam bastante entre espcies Taxonomia destes grupos sofre mudanas contnuas

Distncia evolutiva

CLASSIFICAO DOS ORGANISMOS (Woese et al., 1990 e Cavalier-Smith, 1993) IMPRIOS: 1. BACTERIA 2. EUCARYOTA DOMNIO 1/REINO 1: ARCHAEBACTERIA DOMNIO 2/REINO 2: BACTERIA OU EUBACTERIA DOMNIO 3: EUCARYA REINO REINO REINO REINO REINO REINO 3: 4: 5: 6: 7: 8: ARCHAEZOA (?) PROTOZOA CHROMISTA PLANTAE FUNGI ANIMALIA

BACTRIAS Procariticas = grupo mais numeroso do solo Rpido crescimento e decomposio de vrios substratos Participao na ciclagem de nutrientes Transformaes bioqumicas especficas: nitrificao/desnitrificao, oxidao/reduo de S Fixao Biolgica de N2 Ao antagnica aos patgenos Produo de substncias de crescimento vegetal (RBPCP)

PROTOZORIOS (0,02 mg/kg)

Incio

FIXAO BIOLGICA DE NITROGNIO ATMOSFRICO

NITROGNIO DO SOLOAR

NO2 DESCARGAS ELTRICAS 1- 50 kg N ha-1ano-1 SOLO

NNFERTILIZANTES 49 milhes t de N ano-1

FBN = 175 milhes t de N ano-1 N-ORGNICO N-MINERAL (NO3-, NH4+)

PERDAS: eroso, lixiviao, colheitas, volatilizao (N2O, N2)

FIXAO BIOLGICA DE N2Organismos procariticos (Brookes, 1995) Complexo enzimtico: Nitrogenase + Fe, Mg, Mo e ATP

Potencial de fixao de nitrognio GRUPOS kg N2 fixado ha -1 ano-1 1-2 5-30 100-200

Bactrias heterotrficas de vida livre Cianobactrias (vida livre) Simbiticas (rizbio-trevo)McGrath, 1994

Fixao anual de N atmosfrico Fixao industrial Descargas eltricas FBN TOTAL Oceanos Sistemas terrestres Leguminosas Arroz Pastagens Outras Florestas Outros 49 milhes de t N ano-1 10 175 36 139 35 4 45 5 40 10

BACTERIA: Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Mesorhizobium, Azorhizobium, Azospirillum, Beijerinckia, Acetobacter, Derxia, Azotobacter, Bacillus, Clostridium, celulolticos, ciclo do S, denitrificadores, etc. ARCHAE: Halfilos e metanognicos ALTA DIVERSIDADE = RESILINCIA NO SISTEMA OCORRNCIA GENERALIZADA

ASSOCIAES DE DIAZOTRFICOS COM ESPCIES VEGETAIS Colonizao da rizosfera e ENDOFITICAMENTE Di e MONOCOTILEDNEAS Gneros mais comuns: Azospirillum, Azotobacter, Bacillus, Azoarcus, Herbaspirillum, Acetobacter Fixao de N por gramneas: 25-50 kg N/ha/ano (17% N) Trigo, arroz, milho... Cana-de-acar: obteno at de 60% do N exigidos

SIMBIOSES DE CIANOBACTRIAS COM PLANTAS CIA x PLANTAS: Anabaena (Nostoc) e Azolla

CIANOB. x PLANTAS: Anabaena (Nostoc) e Azolla Seis espcies de Azolla Biomassa: 100 kg N em 37d de cultivo (dobra 5-7d) sia: uso como adubo verde ou junto com arroz Controle de plantas daninhas: competio por luz Alimentao de peixes, aves e sunos

Amaznia (EMBRAPA): 1 ha Azolla = 9 t prot./ano (= 50 ha de pasto) reduo de queimadas

SIMBIOSE RIZBIO-LEGUMINOSA

EXPLORADA DESDE O SC. XIV (Allen & Allen, 1981) - Rotao com leguminosas Fertilidade Nutrio Mineral

FAMLIA LEGUMINOSAE Diversidade e freqncia Subfamlias: 750 gneros 18.000 espcies

Papilionoideae: (13.000 sp.) > nodulferas (feijo, soja) Mimosoideae: (2.700 sp., maioria arbreas tropicais) Caesalpinoideae: (1.900 sp.) 70% no nodulam(Siqueira, 1993)

TAXONOMIA DO RIZBIO Grupo de bactrias: Gram -, aerbias obrigatrias Ndulos (hipertrofias corticais em plantas)

At 1982: 1 gnero e 6 espcies de rizbio Biologia Molecular: + 5 gneros e 23 espcies

Nmero subestimado: PESQUISAS LIMITADAS

Meios YMA com rizbio de crescimento lento e alcalinizante (esq.) e de crescimento rpido e acidificante (dir.)

ESTABELECIMENTO DA SIMBIOSE NODULAO: seqncia de eventos bioqumicos, genticos e fenolgicos, sendo cada etapa regulada por genes especficos da planta e do rizbio e seus produtos, resultando em relaes compatveis ou no. 1. ENTRADA DO RIZBIO: Clulas da epiderme Ferimentos (pontos crescimento das razes laterais) Plos absorventes (soja, feijo)

A. MULTIPLICAO DO RIZBIO NA RIZOSFERA

CLULAS DA EPIDERME

quimiotaxia: reversvelPLO RADICULAR

B. ADESO POLAR AO PLO RADICULAR

CLULAS DA EPIDERME

RIZBIO PLO RADICULAR

Leguminosa (exsudatos) Flavonides Lectinas: ligam a bactria

Rizbio genes nod

C. ENCURVAMENTO DO PLO RADICULAR CLULAS DA EPIDERME RIZBIO PLO RADICULAR

D. FORMAO DO CORDO DE INFECO

CRESCIMENTO E RAMIFICAO DO CORDO DE INFECO NO CORTEX RADICULARAPS 96 h

Cordo de infeco

xilema floema endoderme crtex periciclo Liberao da bactria na clula epiderme

ESTIMATIVAS DA FBN EM LEGUMINOSAS Espcie de leguminosaProdutoras de gros Soja (Glycine max) Feijo (Phaseolus vulgaris) Caupi (Vigna unguiculata) Amendoim (Arachis hypogaea) Guandu (Cajanus cajan) Gro de bico (Cicer arietinum) Ervilha (Pisum sativum)(Siqueira & Franco, 1988; People et al., 1995)

N2 fixadokg de N ha 1 ano -1 60-178 3,0-110 73-354 72-124 168-280 50-103 52-77

Espcie de leguminosa Forrageiras Leucena (Leucaena leucocephala) Centrosema (C. pubescens) Estilosantes (Stylosanthes spp.) Espcie arbrea Acacia (Acacia mearnsii) Sesbania sesban Calliandra calothyrsucs Gliciridia sepium Floresta tropical Em regenerao Aps estabilizao (40 anos)(Siqueira & Franco, 1988; People et al., 1995 )

N2 fixadokg de N ha -1ano -1 500-600 126-398 34-220 200 160-195 474-581 586-700 71-78 35-45

Eficincia da inoculao com rizbio (isolado 127) em feijoeiro, comparada adubao nitrogenada (N) e sem inoculao (T)

MICORRIZAS ARBUSCULARES

ASPECTOS GERAIS E TIPOS Definio: simbiose (associao simbitica) entre razes e certos fungos do solo. No patognica Processo de evoluo das plantas terrestres Ocorrncia generalizada Importante papel funcional no ecossistema

TIPOS: caractersticas do fungo, colonizao, alterao na raiz, especificidade, classificao do fungo e da planta ARBUSCULAR (ENDOMICORRIZA) ECTOMICORRIZA ECTENDOMICORRIZA ARBUTIDE MONOTROPIDE ERICIDE ORQUIDIDE

Principais caractersticas dos tipos mais importantes de micorrizasCARACTERSTICA Fungo Colonizao Intracelular Arbsculos Vesculas Rede de Hartig Manto fngico Alterao da raiz Especificidade Predominncia Classif. fungo Classif. planta ARBUSCULAR asseptado + + +/cosmopolita Zigomiceto Todas ECTOMICORRIZA septado + + + +/temperado Basidio/Ascomiceto Gimn./Angiosperma

CLASSIFICAO TAXONMICA

http://invam.caf.wvu.edu

Classificao de acordo com caractersticas morfolgicas e moleculares

FAMLIA GLOMACEAE

FAMLIA GIGASPORACEAE

Reao ao Melzer

Gigaspora gigantea

Paraglomus occultum

GERMINAO DOS ESPOROS E CULTIVO in vitro Fungo MA: BIOTRFICO OBRIGATRIO Propagao: PLANTAS Vantagens, se fosse possvel o cultivo in vitro: TAXONOMIA (caractersticas morfolgicas e bioqumicas) INCULO (padronizao e pureza) GENTICA (estudos) INOCULANTES (em larga escala)

ESPOROS: mecanismos de ativao !!! ??? 40-70% triglicerdeos (energia)

ESTABELECIMENTO DA ASSOCIAO SEQUNCIA DE EVENTOS: PLANTA e FUNGO COLONIZAO * Germinao dos esporos Crescimento da hifa infectiva (apressrio) Colonizao intra (arbsculos) e intercelular NO H SINTOMAS DE RESPOSTA INVASO! Desenvolvimento extrarradicular (miclio externo) ABSORO DE NUTRIENTES (ativo) E GUA PRODUO DE ESPOROS

ECOLOGIA DAS MICORRIZAS ARBUSCULARES Ocorrncia: Trpico 10x > Temperado 97% das Fanergamas (flores) Razes sem alterao morfolgica Observao: MICROSCPIO: colorao ESPOROS: extrao e separao

PEQUENA DIVERSIDADE DE sp. (2-33 por ecossist.) DOMINNCIA DE sp.

FATORES QUE AFETAM:

NUTRIENTES: inibio em ALTA fertilidade (P) ACIDEZ E METAIS: tolerncia variada PLANTA HOSPEDEIRA: generalizada/no especfica BIOTA DO SOLO: predadores, hiperparasitas, actinomicetos CONDIES FSICAS DO SOLO: manejo (ar, cultura, etc.)

EFEITOS NO CRESCIMENTO DA PLANTA Amplamente documentados Crescimento/Produo: 50 a 8.000%

A) NUTRICIONAIS: OS MAIS CONSISTENTES! Aumento da absoro de nutrientes (P): fsico e fisiolgico (80%P, 60%Cu, 25%N, 25%Zn, 10%K) Armazenamento temporrio de nutrientes (hifa, razes) Favorecimento de microrganismos benficos Aumento na nodulao e fixao de N2 Amenizao dos efeitos adversos do pH, Al, Mn, metais pesados e outros na absoro de nutrientes

B) EFEITOS NO NUTRICIONAIS Favorecimento da relao gua-planta Produo e acmulo de substncias de crescimento Reduo dos danos causados por patgenos Maior tolerncia a estresses ambientais e fitotxicos Melhoria na agregao do solo

APLICAO DAS MICORRIZAS ARBUSCULARES SUSTENTABILIDADE: Utilizao de microrganismos e processos biolgicos benficos!

USO DE INOCULANTES OU MANEJO DE INDGENAS

MAXIMIZAO DOS BENEFCIOS DA MICORRIZA!

INOCULAO COM FUNGOS MAs EXPLORAO COMERCIAL EM LARGA ESCALA (?) Atualmente: MULTIPLICAO em solos/substratos TRAP CULTURE Vasos-armadilha (plantas hospedeiras) Solo, areia, argilas, turfas, compostos orgnicos, etc. Capim sudo, grama batatais, braquirias, sorgo, milho, capim colonio, carrapicho beio de boi, estilosantes, etc.

SISTEMAS DE PRODUO DE MUDAS VIABILIDADE Inoculao das mudas na semeadura direta ou repicagem Esporos ao lado da plntula ou sobre as razes Cuidados na conduo das mudas (...)

ECTOMICORRIZAS87

ORIGEM: mais recente que MAs (130 milhes anos) Evidncias da famlia PINACEAE OCORRNCIA: 10% espcies vasculares e 90% rvores Temperado 35 FAMLIAS de plantasPinaceae(95%), Myrtaceae (90%), Leguminosae (16%)

Florestas Tropicais: parece ser RARA.

Eucalipto: mudas (MA) e adulto (ECTO) Acacia mangium: MA = ECTO

BRASIL: Plantios de Pinus e Eucalyptus, Cassia, Bauhinia, etc. 46 sp (19 gneros) + 15 sp no identificadas ESTIMATIVA: Mais de 5.000 espcies de fungos ECM

FUNGOS EPGEOSRhizopogon, Amanita, Boletus, Laccaria, Pisolithus, Romaria, Scleroderma, etc.

FUNGOS HIPGEOSTuber (trufas europias), Alpova, Chondrogaster, Hysterangium, etc.

FORMAO DA SIMBIOSE ECTOMICORRZICA Processo seqenciado - rpido (7 dias) ativao propgulos agregao das hifas estruturas (manto e Rede de Hartig) inchamento e ramificao das razes curtas

Seo transversal de raiz ectomicorrizada de Pinus sp.Imagem extrada de Raven et al. (1992).

A) ABSORO DE NUTRIENTES Aumento da explorao do solo e serapilheira Aumento na mineralizao e solubilizao de nutrientes (N, P e K)

B) TOLERNCIA A METAIS PESADOS Reteno de metais no miclio e razes colonizadas Efeitos: fungo, planta, metal e condies Fungos (isolados) TOLERANTES !

C) RELAO COM PATGENOS (AGENTES DE BIOCONTROLE DE DOENAS) Fusarium, Phytophthora, Pythium, Rhizoctonia Nematides

competio por substratos barreira fsica do manto substncias antimicrobianas barreira qumica (tanino) em clulas corticais

APLICAO DE FUNGOS ECM (INOCULAO) EFICINCIA: fungo, planta e condies ambientais Especificidade seleo de isolados compatveis

Qualidades do fungo para a inoculao: crescer em meio de cultura boa colonizao e resposta da planta agressivo e competitivo adaptado ao novo meio (alta T e baixa U) especfico para a planta

QUANDO INOCULAR ?

Plantios com espcies exticas Revegetao de solos degradados reas desprovidas de vegetao Solos inertes, desinfestados (sem propgulos) reas com espcies de fungos no eficientes ou em baixa densidade

TIPOS DE INOCULANTE 1) MICELIANOS: miclio + turfa/vermiculita EUA: P. tinctorius e Hebeloma crustuliniforme (MYCORTREE): custo de US$10.00 para 1000 mudas 2) NATURAIS: terrio/solo de reas povoadas Ineficincia e contaminao Brasil: terrio ou basidiocarpos coletados = viveiro 3) ESPOROS: trufas (Frana), EUA (viveiros) Espcies esporulantes Problemas com eficincia

VANTAGENS DA INOCULAO:

menor tempo de permanncia no viveiro reduo de danos: transporte/transplantio maior sobrevivncia e crescimento inicial no campo maior produtividade dos plantios florestais

Amanita muscaria em Pinus

Pinus

Boletus

MICRORGANISMOS DO SOLO

Funes:Decomposio Ciclagem de nutrientes FBN Fotossntese Interaes: ... micorriza