Aula da disciplina de Microbiologia do Solo do Prof. Dr. Juliano de Carvalho Cury no CSL-UFSJ

1. 15/01/2014
Ciclos do P e S
O Fósforo
O fósforo é essencial para plantas e animais na forma dos íons PO43- e HPO42- (ortofosfato
– fosfato inorgânico dissolvido).
Encontrado em formações rochosas, sedimentos, e em sais de fosfato (absorvido por
plantas), mas nunca na forma gasosa. Na atmosfera apenas aderido a partículas. “ciclo
incompleto”.
Encontrado em pequenas quantidades no ambiente e em maiores concentrações nos
seres vivos, por isso é um fator limitante
A ciclagem do fósforo é uma das mais lentas, especialmente se estiver nos sedimentos
(feita por microrganismos)
No solo pode ser adsorvido por partículas, tornando-se, assim, imobilizado. Ortofosfato
legado a Ca, Fe, Al, MO.
Faz parte de moléculas como ácidos nucléicos (DNA), energéticas (ATP e ADP), de células
lipídicas, e da estrutura do corpo de animais como fosfato de cálcio (ossos, dentes, etc.) –
ausente em celulose, hemicelulose, lignina, e proteínas
Deficiência de P, com exceção da água, é o fator que mais limita crescimento e
produtividade. Solos tropicais e subtropicais – limitação da produção agrícola
Três formas de fósforo nos solos:
O ciclo do P
litosfera
Fósforo orgânico: na matéria viva: plantas,
microrganismos e animais
Fósforo solúvel: disponível. Orgânico e ortofosfato.
Menor proporção de P do solo
Fósforo adsorvido: indisponível. Anionicamente ligado
a cátions de Al, Fe e Ca.
Peixes e
aves
Fosfato de Ca
O ciclo do fósforo tem 2 componentes principais que ocorrem
em diferentes escalas de tempo:
No componente local ele cicla nos ecossistemas em tempo
ecológico
Nos sedimentos ele faz parte da porção classificada em
tempo geológico. Somente será mobilizado milhões de
anos mais tarde
Perda de fósforo dos solos
Perdas volumosas logo após fertilização orgânica (chuva)
Perdas por erosão: P está associado a partículas do solo
Aração, transformação de ecossistemas florestais a agricultura, etc.
Queimas de compostos combustíveis
Rejeitos humanos (3,000,000 kg de P/ano)
Efeito antropogênico
Uso excessivo de fertilizantes
Contaminação das correntes de água pelo uso de ácido sulfúrico para
extrair o fósforo das rochas
Lixiviação contaminando lençóis freáticos causando eutrofização
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2. 15/01/2014
Micro-organismos
DNA e RNA / ATP e ADP /
Fosfolipídios
Solubilização Microbiana de
fosfatos
Solubilização Microbiana de Fosfatos
Micro-organismos:
Bactérias (principalmente quimiolitotróficas): ex.: Bacillus,
Thiobacillus, Mycobacterium
Fungos : ex.: Aspergillus, Penicillium, Sclerotium
Agentes solubilizadores:
Ácidos minerais fracos: H2CO3 – respiração raízes e microorganismos.
Ácidos minerais fortes: H2SO4, HNO2 e HNO3 - oxidação de formas
reduzidas de S e N por quimiolitotróficos.
Ácidos orgânicos: cítrico, oxálico, glucônico – metabolismo
quimiorganitrófico e raízes.
Fungos X Bactérias
Mineralização do fósforo orgânico
Fatores que afetam a solubilização biológica de fosfatos
Ralação C/N – altas relações aceleram a solubilização e mantêm
níveis elevados de P solúvel por mais tempo
Adição de matéria orgânica (ex. esterco)
Mineralização do Fósforo Orgânico
•
Utilização de compostos orgânicos contendo P – liberação
•
Depende de fatores como:
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•
Extensão da rizosfera – atividade dos quimiorganotróficos
Liberação de fosfatases – mineralização da MO contento P
•
BIOSUPER
Composição da MO
População microbiana presente
Temperatura (maior acima de 30°C)
Umidade (alternância de umidade e seca favorece)
Aeração
pH (próximo à neutralidade favorece)
Práticas culturais (Ex.: adição de fertilizantes)
Enxofre
•
•
•
Fitases – retiram os grupos P de polifosfatos (boa parte do P
orgânico acumulado no solo por ligar-se a colóides – extra ou
intracelulares – ex.: Aspergillus, Penicillium, Rhizopus
•
Nucleases – ação rápida – DNA também pode ser adsorvido ao
solo (colóides).
•
•
Fosfolipases – membranas
•
•
Enzimas radiculares
•
Ocorre no solo nas formas orgânica e inorgânica
Adicionado na forma de resíduos de animais ou vegetais,
fertilizantes, água da chuva (chuva ácida – H2SO4 – queima de
combustíveis fósseis – SO2 e H2S do metabolismo microbiano) e
intemperização de rochas contendo minerais sulfetados (FeS2, ZnS,
CaSO4)
Essencial aos seres vivos – constituinte de proteínas e moléculas do
metabolismo como AcetilCoA e NADH
No estado reduzido (S) é fonte de energia para bactérias
quimiolitotróficas, e no estado oxidado (SO4) é aceptor de elétrons
de bactérias redutoras de sulfato
Oxidação de sulfetos metálicos – lixiviação bacteriana de metais –
biohidrometalurgia – Thiobacillus
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3. 15/01/2014
Redução e assimilação microbiana (plantas)
O ciclo do Enxofre
H2S será liberado após a
morte celular - MO
Degradação microbiana do S orgânico
•
Dessulfurização da cisteína – basicamente anaeróbia por bactérias
– libera H2S. Aeróbia por alguns fungos.
Redução microbiana do S
•
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•
CICLO DO ENXOFRE
SO2
Respiração anaeróbia liberando H2S
Poucos gêneros – largamente distribuídos – Ex.: Desulfovibrio,
Desulfotomaculum, Desulfomonas
Grande importância ecológica – boa parte do H2S liberado para a
atmosfera.
Fontes de C – lactato, piruvato, malato, hidrocarbonetos (depósitos
de petróleo)
Biogênese de minerais sulfetados (FeS2, CuS, CuFeS2, ZnS)
Degradação de minerais sulfatados (MgSO4, CaSO4)
Formação de depósitos de S elementar
Redução Biológica Não Assimiladora do Sulfato
Ambiente
Desulfovibrio sp
H2S
Queima de
combustíveis
fósseis
Sulfato + M.O. + O2
Utilizado Como Aceptor Final de e- no Processo Oxidativo da M.O.
Absorção e redução
pelas plantas e
microrganismos
Sorg
Desulfotomaculum sp
SO4-2
Sulfeto
AR
SO4-2
SOLO
Implicação Prática:
Depósitos de
Sulfetos
Metálicos
H2S + Metal
Exemplo: Pirita (FeS2)
S0
H2S
METAL
Sulfetos
Metálicos
Minerais
Primários
Fe+ + H2S + S0
2FeOOH
+ 2H2S
FeS2 + 2H+
FeS2
+
H2O
+
2OH-
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4. 15/01/2014
Implicação Prática:
Oxidação Biológica do Enxofre
Bactérias Fototróficas
Dois Grupos
Anaeróbias Estritas
H2S - Doador de eH2S
Lixiviação de metais
Bactérias
Quimiolitotróficas
Aeróbias Estritas
S0
+
11/2 O2
H2S
+
2O2
+ CO2
+
H2O
(CH2O) + H2O + 2S0
S2O3-2
+
2O2
+
H2O
Thiobacillus sp
Chlorobium sp
(Bactérias Verdes do Enxofre)
Chromatium sp
(Bactérias Púrpuras do Enxofre)
SO4-2
SO4-2
+
2H+
+
2H+
2SO4-2
+
2H+
Thiobacillus sp
Microrganismos e Metais
Volatilização
Toxicidade e Resistência
Metal
Biomoléculas
Adsorção
Bioacumulação
DNA – RNA - Proteínas
Mecanismos de Resistência
-Animais
Material Excretado
Metal
Metais:
Indução de Expressão
Precipitação
-Plantas
-Microrg.
Metalotioneínas
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5. 15/01/2014
Oxidação microbiana de compostos inorgânicos de S
•
Bactérias fotolitotróficas e bactérias quimiolitotróficas
•
Foto – Chlorobium (bactéria verde do enxofre) e Chromatium
(bactéria púrpura do enxofre)
Anaeróbios – utilizam sulfeto como doador de elétrons, liberando S
elementar
S é depositado intracelular (púrpura) ou extracelularmente (verde)
H2S + CO2 –luzCH2O + H2O + 2S
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•
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Quimio – Tiobacilos (importância biotecnológica)
2S+3O2 + 2HOH ------> 2H2SO4 (Thiobacillus thiooxidans)
12FeSO4 + 3O2 + 6HOH ------> 4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3 (T.ferroxidans)
Thiobacillus ferrooxidans
http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Thiobacillus
• Oxidação de metais/minerais
• Rejeito de mineração
• Oxida pirita formando ácido
sulfúrico
• Poluição
• Recuperação de metais
(biolixiviação) - biohidrometalurgia
– Cu, Zn, Au
Thiobacillus concretivorus
• Corrosão de concreto
• Concreto não revestido sob influência de água parada ou
esgoto (presença de H2S)
• Ácido sulfúrido e carbônico reagem com hidróxido de
cálcio
• pH pode passar de 12 a valores próximos a 6-7 – ideal
para Thiobacillus concretivorus, acelerando o processo
http://www.alken-murray.com/H2SREM6.HTM
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