Microbiologia do Solo: Formação do Solo,

Microrganismos, Funções

CCB / MIP

Disciplina: Ecologia Microbiana

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 de 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 O Solo como HabitatHabitat

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 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

Processos Biológicos do Solo: Suas Inter-relações e Funções no Ecossistema

Siqueira & Trannin, 2003

-(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

Actinobactérias

Actinobactérias

(R) (S)

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

Processos Biológicos do Solo: Suas Inter-relações e Funções no Ecossistema

Siqueira & Trannin, 2003