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Microbiologia do Solo

2. Introdução
Solo: maior reservatório de microrganismos do planeta
• direta ou indiretamente recebe todos os dejetos dos seres
vivos
• local de transformação da matéria orgânica em substâncias
nutritivas
• com grande abundância e diversidade de
microrganismos
• 1 hectare de solo pode conter até 4 tons de
microrganismos

4. Definição:
Em agricultura e geologia, solo é a
camada que recobre as rochas, sendo
constituído de proporções e tipos
variáveis de minerais de húmus
Solos minerais
Solos orgânicos
Perfil do solo
Centenas de anos

5. O solo como hábitat microbiano
Principais fatores que afetam a atividade:
- Umidade
- Status nutricional

6. Rizosfera
Região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato
O efeito rizosférico

7. Constituintes do solo
• Minerais:
– sílica (SiO2), Fe, Al, Ca,Mg, K
– P, S, Mn, Na, N ...
• Matéria orgânica: origem vegetal, animal e microbiana
– insolúvel (húmus): melhora a estrutura, libera nutrientes
• efeito tampão, retenção de água
– solúvel: produtos da degradação de polímeros complexos:
• Açúcares, fenóis, aminoácidos

8. Constituintes do solo
• Água
– livre: poros do solo
– adsorvida: ligada aos colóides (argilas)
• Gases:
CO2, O2, N2 ...
– composição variável em função dos processos
biológicos

9. Constituintes do solo
• Sistemas biológicos:
– plantas
– animais
– Microrganismos: grande diversidade e abundância
Dependendo de:
nutrientes
umidade
aeração
temperatura
pH
interações

10. Presença de microrganismos nas várias profundidades do solo
Profundidade Umidade Mat. orgânica Bactérias Fungos
(cm) (%) (%) (x 106)/g (m/g)
aeróbias anaeróbias
0-8 18,2 4,4 24 2,7 280
8- 20 10,0 1,5 3,1 0,4 43
20-40 11,5 0,5 1,9 0,4 0
40-60 13,5 0,6 0,9 0,04 0
60-80 7,9 0,4 0,7 0,03 0
80-100 5,3 0,4 0,15 0,01 0
Fonte: Lindegreen & Jensen, 1973

11. A microbiota do solo
• Bactérias:
– grupo mais numeroso e mais diversificado
3 x 106 a 5 x 108 por g de solo seco
• limitações impostas pelas discrepâncias entre técnicas
• heterotróficos são mais facilmente detectados
Gêneros mais freqüentes:
• Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas, Nocardia,
Streptomyces, Micromonospora, Rizóbios
• Cianobactérias: pioneiras, fixação de N2
Streptomyces

12. A microbiota do solo
• Fungos:
– 5 x 103 - 9 x 105 por g de solo seco
– limitados à superfície do solo
– favorecidos em solos ácidos
– ativos decompositores de tecidos vegetais
– melhoram a estrutura física do solo
Gêneros mais freqüentes:
• Penicillium, Mucor, Rhizopus, Fusarium, Aspergillus,
Trichoderma

13. A microbiota do solo
• Algas
– 103 - 5 x 105 por g de solo seco
– abundantes na superfície
– acumulação de matéria orgânica: solos nus, erodidos
• Protozoários e vírus
- equilíbrio das populações
- predadores de bactérias
- parasitas de bactérias, fungos, plantas, ...

14. Microrganismos e os ciclos da matéria
• Terra: quantidade praticamente constante de matéria
Mudanças no estado químico produzindo uma grande diversidade
de compostos.
• Ciclo carbono
• Ciclo nitrogênio
• Ciclo do enxofre
• Ciclo do ferro

15. O ciclo do carbono
Principais reservatórios de carbono na Terra
Reservatório Carbono (gigatons) % total de carbono na Terra
Oceanos 38 x 103 (>95% C inorgânico) 0,05
Rochas e sedimentos 75 x 106 (>80% C inorgânico) > 99,5
Biosfera terrestre 2 x 103 0,003
Biosfera aquática 1-2 0,000002
Combustíveis fósseis 4,2 x 103 0,006
Hidratos de metano 104 0,014

16. Transformações bioquímicas do carbono
O mecanismo mais rápido de transferência global do carbono ocorre pelo CO2
• Fixação do CO2
• CO2 + 4H (CH2O) + H2O
– Plantas
– bactérias verdes e púrpuras fotossintetizantes
– algas
– cianobactérias
– bactérias quimiolitróficas
– algumas bactérias heterotróficas:
» CH3COCOOH + CO2 HOOCCH2COCOOH
ácido pirúvico ácido oxaloacético

17. Transformações bioquímicas do carbono
• Degradação de substâncias orgânicas complexas
• celulose (40-50% dos tecidos vegetais)
• hemiceluloses (10-30% dos tecidos vegetais)
• lignina (20-30%)
Celulose celobiose (n moléculas)
celulases
Celobiose 2 glicose
β-glicosidase
Glicose + 6CO2 6CO2 + 6H2O

19. Transformações bioquímicas do nitrogênio
O N é encontrado em vários estados de oxidação (-3 a +5)
O nitrogênio gasoso corresponde a forma mais estável, assim a atmosfera é o
maior reservatório (contrário do carbono)
- A alta energia para quebra de
N2 indica que o processo
demanda energia.
- Relativamente, um número
pequeno de microrganismos é
capaz disso
- Em diversos ambientes, a
produtividade é limitada pelo
suprimento de N.
- Importância ecológica e
econômica envolvida na fixação

20. Transformações bioquímicas do nitrogênio
• Fixação do nitrogênio atmosférico
N2 NH3 aminoácidos
• Fixação simbiótica: 60-600 Kg/ha.ano
• 90% pelas leguminosas
• Economia em fertilizantes nitrogenados
• Associações simbióticas fixadoras:
– Anabaena - Azolla
– Frankia - Alnus
– Rizóbios - Leguminosas

21. Transformações bioquímicas do nitrogênio
Rizóbios - Leguminosas
• etapas da formação de um nódulo:
– reconhecimento: lectinas
– disseminação:
• citocininas células tetraplóides
– formação dos bacteróides nas células
– leghemoglobina
– maturidade: fixação do nitrogênio
– senescência do nódulo: deterioração

22. Associação simbiótica rizóbios-leguminosas

23. Associação simbiótica rizóbios-leguminosas

24. Redução de acetileno: medida da capacidade fixadora

25. Transformações bioquímicas do nitrogênio
• Proteólise:
Proteínas Peptídeos  Aminoácidos
• Amonificação (desaminação)
– CH3-CHNH2-COOH + ½O2  CH3-CO-COOH + NH3
» alanina ác. pirúvico amônia
» A amônia é rapidamente reciclada, mas uma parte
volatiliza

26. Transformações bioquímicas do nitrogênio
Nitrificação: - produção de nitrato
- Solos bem drenados e pH neutro
Embora seja rapidamente utilizado pelas plantas, também pode ser
lixiviado quando chove muito (muito solúvel).
Uso de inibidores da nitrificação na agricultura
- Etapas:
Nitritação: oxidação de amônia a nitrito
2NH3+ 3O2  2HNO2 + 2H2O
(Nitrosomonas, Nitrosovibrio, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus)
Nitratação: oxidação de nitrito a nitrato
NO2- + ½O2  NO3-
(Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus, Nitrospira)

27. Transformações bioquímicas do nitrogênio
Utilização do nitrato:
• Redução assimilatória: plantas e microrganismos
– NO3- + 8e- + 9H+  NH3 + 3H2O
• Desnitrificação: ocorre em condições de anaerobiose como
aceptor de elétrons.
redução de nitratos a N2 (nitrogênio atmosférico)
– 2NO3  2NO2  2NO  N2O  N2
(Agrobacterium, Alcaligenes, Thiobacillus, Bacillus etc.)
- Como o N2 é menos facilmente utilizado que o nitrato como fonte de N, esse
processo é prejudicial pois remove o N fixado no ambiente.
- Por outro lado, é importante no tratamento de efluentes

28. Transformações bioquímicas do enxofre
As transformações do enxofre são ainda mais complexas que do nitrogênio:
- Devido à variedade de estados de oxidação (-2 a +6) (S-orgânico a sulfato)
- Porém, apenas 3 estados de oxidação se encontram em quantidade
significativas na natureza (-2, 0, +6)
Alguns componentes do ciclo:
• Oxidação do enxofre elementar:
– 2S + 2H2O + 3O2 2H2SO4
2H+ + SO4=
– ex. Thiobacillus thioxidans
• O S0 também pode ser reduzido pela respiração anaeróbia

29. Transformações bioquímicas do enxofre
• Degradação (oxid/red) de comp. orgânicos sulfurados:
– cisteína + H2O ácido pirúvico + NH3 + H2S
• Utilização dos sulfatos:
– plantas
– microrganismos
• S é incorporado a aminoácidos:
» cistina
» cisteína
» metionina

30. Transformações bioquímicas do enxofre
• Redução de sulfatos (por bactérias amplamente distribuídas na natureza)
– anaerobiose
• CaSO4 + 8H H2S + Ca(OH)2 + 2H2O
» Desulfovibrio
- Necessidade da presença de compostos orgânicos
(doadores de e-)
• Oxidação de sulfato
– bactérias fototróficas
• CO2 + 2H2S (CH2O) + H2O + 2S
enzimas/luz

31. Transformações bioquímicas do ferro
Um dos elementos mais abundantes
Naturalmente encontrado em apenas dois estados de oxidação
O O2 é o único aceptor
de elétrons que pode
oxidar o ferro Fe2+, e
em pH neutro. Comum em solos
alagados e pântanos
Em condições ácidas
ocorre o crescimento
de acidófilos oxidantes
do ferro.
Precipitação de depósitos
marrons de ferro

32. MS
MS
Resíduos
Máquina orgânicos
decompositora
Nitrogênio
Carbono MS
MS
Fósforo MS
Potássio
Cálcio
Magnésio
Ferro
Enxofre
Manganês Microrganismo
Cobre operário
outros
MS
Húmus
Decomposição de restos vegetais no solo: máquina decompositora
operada pelos microrganismos (Siqueira & Franco, 1988)