Ecologia do Solo Pós-graduação em Agroecossistemas Disciplina: Ecologia Microbiana Prof. Cláudio...
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Ecologia do Solo
CCB / MIP
Pós-graduação em AgroecossistemasDisciplina: Ecologia Microbiana
Prof. Cláudio Roberto F. S. Soares
Szabolcs (1994)
1.Introdução
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 e húmus
Parte sólidaPoros
25%
25%
45%
5%
Composição de um Solo Hipotético
• 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
O Ambiente Solo
(Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)
O Solo como
Habitat
Moreira & Siqueira, 2006
MACROFAUNA
BACTÉRIAS
FUNGOS
NODULAÇÃO
MICORRIZAS
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 microrganismos???
• 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
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.
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 filamentosos
Polissacarídeos e hifasde fungos como
agentes agregantesde partículas do solo
(Robert & Chenu,1992)
1
2
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
Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos:
pH: neutrófilos – pH ≈ 7.0 acidófilos – pH < 7.0 alcalófilos – pH > 7.0
Importância:• Atividade enzimática• Conformação protéica• Disponibilidade de metais e elementos orgânicos
Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-pH
Moreira & Siqueira, 2006
Predomínio de Bactérias
Predomínio de Fungos
Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Alumínio (Al3+) e metais pesados
Moreira & Siqueira, 2006
Influência do pH na Incidência da Sarna da Batata (Streptomyces scabies)
Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos:
O2: Aeróbicos obrigatórios Anaeróbicos obrigatórios Anaeróbicos facultativos Microaerófilos Aerotolerantes
Importância:• Respiração• Reações de óxido-redução• Atividade enzimática
Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Umidade do Solo
Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Temperatura e Radiação Solar
Chlamydomonas nivalis
Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos:
Pressão osmótica (NaCl): Halotolerantes Halófilos Halófilos extremos
Pressão hidrostática Barotolerantes Barófilos
Não devem existir grandes diferenças na concentração de solutos dentro e fora da célula, pois podem desidratar-se ou romper-se.
Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos:
Textura do substrato Estrutura do substrato Porosidade do substrato Agregação do substrato Água do substrato
Fatores que afetam o crescimento Fatores biológicos:
Fauna e o substrato Ingestão Ciclagem de nutrientes Composição da comunidade
Interações microbianas Neutralismo Comensalismo Protocoperação Mutualismo
Competição Amensalismo/Antagonismo Parasitismo Predação
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Interações entre Organismos que Afetam o Crescimento Microbiano
Moreira & Siqueira, 2006
A depende de B em termos de:- Síntese de substratos- Destoxificação do
ambiente
Associação de benefícios mútuos para A e B, porém sem dependência obrigatória ou especificidade
Interação obrigatória e específica entre A e B que traz benefício para ambos parceiros e cuja ausência os prejudica
Inibição mútua quando A e B interagem em função da utilização de recursos necessários à sobrevivência (nutrientes, O2, etc.)
Microrganismo B prejudica o microrganismo A sem obter benefício direto desta ação(Ex. produção de antibióticos)
Interação específica entre o microrganismo B (parasita) que obtém benefício em detrimento do hospedeiro A (habitat)
Associação entre A (presa) e B (predador)
Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Substratos e Fontes de Energia
Moreira & Siqueira, 2006
Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Nutrientes Minerais
Moreira & Siqueira, 2006
• Crescimento microbiano
• Constituição de monômeros e macromoléculas
• Síntese de enzimas e outros biopolímeros
• Estabilização da parede celular
• Estrutura terciária do DNA e do RNA
• Divisão celular
• Interações simbióticas, etc.
Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Fatores de Crescimento
Moreira & Siqueira, 2006
Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Efeitos Antropogênicos
Métodos de Avaliação de Ocorrência, Diversidade, Densidade e Atividade de Organismos do Solo
Métodos de Avaliação de Ocorrência, Diversidade, Densidade e Atividade de Organismos do Solo
Avaliação (10% da Prova Teórica I)Faça uma revisão de literatura dos últimos anos (2012 e 2013) de artigos científicos que utilizaram métodos para avaliação da qualidade do solo envolvendo aspectos de Ecologia Microbiana. Uma das seguintes situações de solo deverão ser pesquisadas e apresentadas na próxima aula (11/09/2013) na forma de mini-seminários (15 minutos)
- Sistemas de Manejo (plantio direto x plantio convencional)- Contaminação do solo com resíduos agrícolas- Contaminação do solo com metais pesados- Contaminação do solo com hidrocarbonetos- Contaminação do solo com pesticidas- Áreas de mineração- Solos salinos