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Ecologia do Solo
CCB / MIP
Pós-graduação em AgroecossistemasDisciplina: Ecologia Microbiana
Prof. Cláudio Roberto F. S. Soares
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Szabolcs (1994)
1.Introdução
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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
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Definição:Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais e húmus
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Parte sólidaPoros
25%
25%
45%
5%
Composição de um Solo Hipotético
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• 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
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• Água– livre: poros do solo– adsorvida: ligada aos colóides (argilas)
• Gases:
CO2, O2, N2 ...
– composição variável em função dos processos biológicos
Constituintes do Solo
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• Sistemas biológicos:
– plantas– animais– Microrganismos: grande diversidade e abundância
Constituintes do Solo
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O Ambiente Solo
(Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)
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O Solo como
Habitat
Moreira & Siqueira, 2006
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MACROFAUNA
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BACTÉRIAS
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FUNGOS
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NODULAÇÃO
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MICORRIZAS
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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)
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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
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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
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• 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
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“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???
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• 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
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• 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
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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.
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Contribuição dos Microrganismos para a Formação ou Estabilização de Agregados do Solo
Modificado de Rillig & Mummey (2006)Miller & Jastrow (1992)
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Microrganismos e Agregação do solo.
Fungos filamentosos
Polissacarídeos e hifasde fungos como
agentes agregantesde partículas do solo
(Robert & Chenu,1992)
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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
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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
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Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-pH
Moreira & Siqueira, 2006
Predomínio de Bactérias
Predomínio de Fungos
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Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Alumínio (Al3+) e metais pesados
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Moreira & Siqueira, 2006
Influência do pH na Incidência da Sarna da Batata (Streptomyces scabies)
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Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos:
O2: Aeróbicos obrigatórios Anaeróbicos obrigatórios Anaeróbicos facultativos Microaerófilos Aerotolerantes
Importância:• Respiração• Reações de óxido-redução• Atividade enzimática
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Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Umidade do Solo
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Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Temperatura e Radiação Solar
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Chlamydomonas nivalis
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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.
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Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos:
Textura do substrato Estrutura do substrato Porosidade do substrato Agregação do substrato Água do substrato
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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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39
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)
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Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Substratos e Fontes de Energia
Moreira & Siqueira, 2006
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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.
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Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Fatores de Crescimento
Moreira & Siqueira, 2006
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Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo
-Efeitos Antropogênicos
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Métodos de Avaliação de Ocorrência, Diversidade, Densidade e Atividade de Organismos do Solo
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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