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Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes CCB / M IP Disciplina: Ecologia Microbiana 1

Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

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Disciplina: Ecologia Microbiana. Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes. Nitrogênio: Principais Formas. O Nitrogênio compõe ~80 % dos gases da atmosfera Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), clorofila, etc. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Microrganismos do Solo e oCiclo dos Nutrientes

CCB / MIP

Disciplina: Ecologia Microbiana

1

Page 2: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Nitrogênio: Principais Formas O Nitrogênio compõe ~80% dos gases da atmosferaO Nitrogênio compõe ~80% dos gases da atmosfera

Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), clorofila, etc.RNA), clorofila, etc.

Fixação do NFixação do N22 atmosférico é necessária para que o mesmo possa ser atmosférico é necessária para que o mesmo possa ser

utilizadoutilizado Fixação biológica (grande maioria), via queimadas, lava ou via Fixação biológica (grande maioria), via queimadas, lava ou via

raios, antrópica (Haber-Bosch)raios, antrópica (Haber-Bosch)

Formas quimicamente disponíveis de N: amônio (NH4+), nitrato

(NO3-), e uréia [(NH2)2CO)]

Elemento versátil que pode ser encontrado na forma orgânica e inorgânica

N2 + 3H2 ←→ 2NH3 + energia 250 atm 450 oC

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Page 3: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Estoque de Nitrogênio no Globo TerrestreN na litosfera (rochas, fundo oceanos, sedimentos) = 1.1023 g N (98% total)

N na forma gasosa (N2) = 3,9.1021 g N (78% na atmosfera terrestre)

N na biosfera = 2,8 a 6,5.1021 g N (96% N-org na matéria orgânica morta e apenas 4% nos organismos vivos)

Distribuição de N no solo:- N2 = 11.500 kg ha-1

- N-orgânico = 7.250 kg ha-1

- N-NH4+= 10 kg ha-1

- N-NO3- = 50 kg ha-1

94% nas plantas4% na microbiota2% nos animais

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Page 4: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

O Ciclo do Nitrogênio

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FBN – 175 Milhões ton. / anoMoreira & Siqueira (2006)

Page 5: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Fixação/liberação de N 5 processos principais ciclam N:

Fixação (biológica ou não) Absorção (microbiana) Mineralização (decomposição) Nitrificação Desnitrificação

Os microrganismos (notadamente bactérias) têm um papel fundamental na ciclagem do N

Bactérias de vida livre Bactérias simbióticas

Page 6: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Compartimentos e Principais Transformações Biológicas do N no Solo

1) Amonificação

2) Desnitrificação

3) Nitrificação

4) Absorção (plantas)

5) Imobilização NO3-

6) Imobilização NH4+

7) Redução NO3- a NH4

+

8) Decomposição

9) Fixação N2

1 6

9

3

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5

2

7

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Page 7: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Fixação Biológica do N N2 + 8H+ + 16 ATP + 8 e- 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

Única forma que os organismos conseguem obter N da atmosfera

Nitrogenase

HabitatsHabitats

- Vida livre (solo, rizosfera, filosfera, água doce ou salgada, etc.)- Vida livre (solo, rizosfera, filosfera, água doce ou salgada, etc.)

e.g. e.g. Azospirillum, Azotobacter, Derxia, Beijerinckia, Bacillus, etc.Azospirillum, Azotobacter, Derxia, Beijerinckia, Bacillus, etc.

- Trato intestinal de certos animais - Trato intestinal de certos animais (e.g. cupins: (e.g. cupins: EnterobacterEnterobacter))

- Associações vegetais:- Associações vegetais:

a) Endofíticos (dentro de raízes, caules, folhas, sementes) Ex. a) Endofíticos (dentro de raízes, caules, folhas, sementes) Ex. Azospirillum Azospirillum spp. (spp. (lipoferum,lipoferum,

brasiliense, amazonensebrasiliense, amazonense)) etc.etc.

b) Endofíticos obrigatórios (b) Endofíticos obrigatórios (AzoarcusAzoarcus spp, spp, Herbaspirillum Herbaspirillum spp.,spp., Gluconobacter (Acetobacter)) Gluconobacter (Acetobacter))

- Simbiose com fungos, diatomáceas e varias espécies vegetais- Simbiose com fungos, diatomáceas e varias espécies vegetais

Nostoc & Nostoc & fungos, diatomáceas, Briófitas, Gimnospermas, Angiospermas; fungos, diatomáceas, Briófitas, Gimnospermas, Angiospermas; Anabaena & Azolla Anabaena & Azolla spp.spp.

Frankia &Frankia & espécies de 8 famílias botânicas espécies de 8 famílias botânicas

Rizóbio & Rizóbio & Leguminosas Leguminosas 7

Page 8: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Associação Simbiótica Rizóbio - Leguminosas

Nódulos caulinaresNódulos caulinaresemem Sesbania rostrata Sesbania rostratapor por AzorhizobiumAzorhizobiumcaulinodanscaulinodans

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Page 9: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Nódulos radicularesNódulos radiculares

BacteróidesBacteróidesdentro dosdentro dosnódulosnódulos

RizóbioRizóbiofora dosfora dosnódulosnódulos

BB

Colônias em placa

Cortesia F.M.S. Moreira (UFLA)9

Page 10: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Estimativa da FBN em Leguminosas

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Page 11: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Estimativa da FBN em Leguminosas

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Page 12: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Absorção do N NH4

+ N orgânico

NH4+ é rapidamente incorporado em proteínas e outros compostos nitrogenados

orgânicos pelas plantas ou organismos do solo Consumidores no topo da cadeia alimentar usam esse nitrogênio fixado

Page 13: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Mineralização do N N orgânico NH4

+

Decomposição: N orgânico transformado em N inorgânico (NH4+) -

actinobacterias, fungos e bactérias modificam o N da MO de NH3+ a NH4

+

Esse NH4+ pode então ser usado por plantas ou transformado a NO2

- e NO3- via

nitrificação Rápida em ambientes oxidados Lenta em ambientes reduzidos

Page 14: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Nitrificação NH4

+ NO2- NO3

-

Nitritação Nitratação Bactérias transformam amônio a nitrato ganhando energia Ocorre apenas em ambientes aeróbicos NH4

+ se adsorve as partículas de solo com carga negativa

NO3- é lixiviado com redução da fertilidade do solo e contaminação do lençol

freático

Nitrossomonas Nitrobacter

Page 15: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Fatores Ambientais que Afetam a Nitrificação

Aeração: estritamente aeróbico

Temperatura: ideal = 26 a 32 oC

Umidade: ideal para crescimento microbiano

pH: 7,0 a 7,6

Fertilizantes: amoniacais em solos alcalinos – inibe

MO e relação C:N: alta – imobilização do N

Fatores tóxicos: metais e substâncias orgânicas15

Page 16: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Desnitrificação NO3

- NO2- NO N2O N2

Processo anaeróbico feito por bactérias desnitrificadoras (Gram – anaeróbicas facultativas)

Thiobacillus, Pseudomonas, Micrococcus N2O é um gás de efeito estufa

Esta é a única transformação que remove N dos ecossistemas (irreversível) e faz o balanço do ciclo do N

Page 17: Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Desnitrificação Principal via de perda de N (2NO3

- + C6H12O6 6CO2 + 6H2O + N2)- Benéfico em termos globais (manutenção da temperatura)- Solos cultivados: perda de 20 a 30% do N aplicado

Fatores que regulam a desnitrificação

- pH e temperatura: pH 6 a 8 e 15 a 20 oC- Umidade e aeração = acima de 60%- Teor de NO3

- e carbono

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