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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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Microrganismos do Solo e oCiclo dos Nutrientes
CCB / MIP
Disciplina: Ecologia Microbiana
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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
2
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
3
O Ciclo do Nitrogênio
4
FBN – 175 Milhões ton. / anoMoreira & Siqueira (2006)
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
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
4
5
2
7
6
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
Associação Simbiótica Rizóbio - Leguminosas
Nódulos caulinaresNódulos caulinaresemem Sesbania rostrata Sesbania rostratapor por AzorhizobiumAzorhizobiumcaulinodanscaulinodans
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Nódulos radicularesNódulos radiculares
BacteróidesBacteróidesdentro dosdentro dosnódulosnódulos
RizóbioRizóbiofora dosfora dosnódulosnódulos
BB
Colônias em placa
Cortesia F.M.S. Moreira (UFLA)9
Estimativa da FBN em Leguminosas
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Estimativa da FBN em Leguminosas
11
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
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
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
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
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
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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