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Disciplina: Ecologia Microbiana. Microbiologia do Solo: Formação do Solo, Microrganismos, Funções. Introdução. Szabolcs (1994). Formação do Solo. - Solo = f (material de origem, clima, organismos, relevo e tempo). CLIMA E ORGANISMOS. PROCESSOS. TEMPO (controlado pelo relevo). - PowerPoint PPT Presentation
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Microbiologia do Solo: Formação do Solo,
Microrganismos, Funções
CCB / MIP
Disciplina: Ecologia Microbiana
Formação do Solo- Solo = f (material de origem, clima, organismos, relevo e tempo)
Material de origem (rochas)
PROCESSOS
TEMPO(controlado pelo relevo)
CLIMA E ORGANISMOS
Definição:Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais de húmus
• Minerais: – Sílica (SiO2), Fe, Al, Ca,Mg, K
– P, S, Mn, Na...
• 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
Constituintes do Solo
• Água– livre: poros do solo– adsorvida: ligada aos colóides (argilas)
• Gases: CO2, O2, N2 ...
– composição variável em função dos processos biológicos
Constituintes do Solo
• Sistemas biológicos:
– plantas– animais– Microrganismos: grande diversidade e abundância
Constituintes do Solo
Interações tróficas no solo
Raízes Restos Exsudatos
Plantas
Nematóides Fungos Bactérias
Nematóides Colêmbolas Ácaros Protozoários Oligoquetas
Colêmbolas predadoras
Nematóides predadores
Insetos predadores
Ácarospredadores
Mamíferose pássaros
Siqueira & Moreira (2002) Trannin & Siqueira (2003)
A BIOTA DO SOLOA BIOTA DO SOLOPARTÍCULAS SOZINHAS NÃO FAZEM UM BOM SOLO...Em cada kg de solo fértil tem-se em torno de:• 500 bilhões de bactérias• 10 bilhões de actinobacterias• 1 bilhão de fungos• 0,5 bilhão de invertebrados microrcópicos• 1000 km de hifas e vários de raízes• Numerosos vertebrados macroscópicos• Não são estáticos e sim muito dinâmicos• São bons aliados e uma grande riqueza natural• São ignorados devido ao caráter microscópico• São mais conhecidos pelos efeitos deletérios
Os microrganismos garantem a qualidade do solo
ALTA DIV
ERSIDADE
Organismos/g de solo x103 Profundidade
(cm) Bactérias aeróbicas
Bactérias anaeróbicas
Actinomicetos Fungos Algas*
3 - 8 7800 1950 2080 119 25 20 - 25 1800 379 245 50 5 35 - 45 472 98 49 14 0,5 65 - 75 10 01 05 06 0,1 135 - 145 01 0,4 - 03 - *Inclui cianobactérias
Distribuição de microrganismos em vários horizontes do perfil (Starc, 1942 apud Alexander,
1977)
Classificação Ecológica dos Microrganismos do Solo
- Autóctones (indígenas) = população de microrganismos pouco afetada pela adição de nutrientes ao solo, vivendo às custas dos resíduos em estágios avançados de decomposição
- Zimógenes (fermentativos) = população de microrganismos estimulada pela adição de resíduos ao solo, principalmente os resíduos facilmente decomponíveis
• 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
A microbiota do solo
Streptomyces
“Mais de 4 000 espécies bacterianas diferentes em
100 g de solo”
Torsvik et al. 1994 (Técnicas de reassociação de
DNA extraído do solo).
Menos de 1% das espécies microbianas conhecidas
(não cultiváveis –não crescem em meio de cultura,
e.g. fungos micorrízicos arbusculares)
Solo Heterogêneo, dinâmico e complexo - Grande parte dos recursos genéticos desconhecida
Função destes microorganismos???
• 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
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, ...
A microbiota do solo
-(Constanza et al. Nature,1997:Valor dos serviços dos
ecossistemas terrestres e capital natural: U$34
trilhões, Ciclagem de nutrientes global anual U$17
trilhões (Inclui a FBN)
- Decomposição da matéria orgânica e produção de
húmus
- Controle biológico de patógenos
- Alteração das características físicas do solo (e.g.
agregação)
- Produção de metabólitos diversos: antibióticos,
ácidos orgânicos, hormônios, alelopáticos
- Decomposição de xenobióticos - Nutrição vegetal. Fixação biológica de N2
Soja no Brasil: Economia de US$ 3.0 bilhões
anual
Funções dos Microrganismos
REDUNDÂNCIA FUNCIONAL:
Várias espécies de microrganismos realizam o mesmo processo, i.e., têm a mesma função.
– Garante RESILIÊNCIA (recuperação) dos processos no solo- Cada espécie microbiana realiza várias funções.
E. g.Azospirillum brasilense , Bradyrhizobium japonicum – fixadores de N2 e desnitrificadores.
Outros fixadores de N2 participam dos Ciclos do C, P, S, etc.
Visão Esquemática do Solo como uma Visão Esquemática do Solo como uma Máquina DecompositoraMáquina Decompositora
Disponibilização de Nutrientes
- Mineralização
- Imobilização
- Oxi-redução
S0 + H2O + 1,5O2 → H2SO4 → 2H+ + SO42-
MnO2 + 4H+ → Mn2+ + 2H2O
- Solubilização
Ca5OH(PO4)3 + H+ → 5Ca2+ + H2O + 3PO43-
AlPO4 + 2H+ → Al3+ + H2PO4-
FePO4 + 2H+ → Fe2+ + H2PO4-
- Fixação Biológica de Nitrogênio
- Micorrizas
Contribuição dos Microrganismos para a Formação ou Estabilização de Agregados do Solo
Modificado de Rillig & Mummey (2006)Miller & Jastrow (1992)
Microrganismos e Agregação do solo.
Fungos Fungos filamentososfilamentosos
Polissacarídeos e hifasPolissacarídeos e hifasde fungos comode fungos como
agentes agregantesagentes agregantesde partículas do solode partículas do solo
(Robert & Chenu,(Robert & Chenu,1992)1992)
11 22
Derxia gumosa – isolada de raízes de Oryza perenne em solo de várzea da região Amazônica.1- Células em microscópio com contraste de fase, notar goma em volta das células.2 – Aspecto da colônia em placas.
Cortesia F.M.S. Moreira
RIZOSFERAHiltner (1904) – zona de influência das raízes- 0,01 a 3 mm da Hiltner (1904) – zona de influência das raízes- 0,01 a 3 mm da superfíciesuperfície
Rizosfera: O Paraíso dos Microrganismos do Solo(Antagonistas e Patógenos)
RizosferaRizosfera
A Grande Maioria é Benéfica
O Efeito RizosféricoO Efeito Rizosférico
Compostos Excretados pelas Plantas na Rizosfera (Rizodeposição)
Modificado de Alexander, 1977; Curl & Truelove, 1986
A Redução da Diversidade Facilita o Desequilíbrio Biológico nos Agrossistemas
Microrganismos Antagonistas
Fitopatógenos = Espécies fúngicas dos gêneros Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Rhizopus, Stachybotris, Alternaria, etc
Efeito do tempo de monocultivo no favorecimento de fungos fitopatogênicos para as culturas do trigo e maçã
(Vancura & Kunc, 1988, 1989)
FungosPatógenos
(% total)Fungos
PatógenosActinobacterias