17/3/2014. Ecologia Microbiana do Solo. 2.1 SOLO COMO HABITAT Solo 25% 45% 25% 2. Ecologia do Solo: Heterogêneo, dinâmico e complexo

Transcrição

1 2. Ecologia do Solo: UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS CURSO DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA DISCIPLINA: MICROBIOLOGIA GERAL 2.1 O solo como habitat; Ecologia Microbiana do Solo 2.2 Fatores físico-químicos que afetam os microrganismos; 2.3 Interações entre organismos; 2.4 Efeitos antropogênicos SOLO COMO HABITAT Solo Heterogêneo, dinâmico e complexo Composição de um Solo Hipotético Dimensões aproximadas de componentes do solo Pêlo radicular do trigo: Ø 10 μm (Comprimento: 100 μm) Ciliado Ameba Protozoários: Ø 5 a 100 μm 25% Bactérias: Ø 300nm a 10 μm Vírus: Ø 10 a 200 μm Fungo Pelo da raíz Poros 45% Parte sólida Partícula de Argila: < 0,002 mm Hifa de Pisolithus: Ø 2,5 μm Núcleo 25% 5% (Comprimento: 10 a 50 μm) Hifa de Actinomyces: Ø 0,2 a 2,0 μm (Comprimento: 1 a 20 μm) (Modificado de Metting Jr., 1992 citado por Moreira & Siqueira, 2006) Cabeça de nematóide bacteriófago Actinomicetos 1

2 Número em g de solo Raízes 1,5 a 3,8 m (em culturas anuais) 38 a 76 m (em pastagens perenes) Bactérias a Actinomicetos a Fungos a Protozoários a Nematóides a Artrópodos 100 a Minhocas 0 a 2 Fonte: Vários autores SOLO MANTA MORTA MANTA-MORTA Camada mais superficial do solo; Rica em folhas, ramos e troncos mortos; Com excrementos, urina e cadáveres de alguns animais; Camada de restos orgânicos. HÚMUS Tem cor escura; É uma parte da matéria orgânica do solo; Resulta da decomposição de restos de organismos existentes no solo. 2

3 VIDA NO SOLO Vida no solo Microbiota (bactérias, fungos, algas do solo ) Mesobiota (nemátodes, oligoquetas, larvas de insectos, colêmbolos ) Macrobiota (lesmas, minhocas, caracóis, toupeiras ) Vida no solo BACTÉRIAS Microscópicas Algumas decompõem a celulose, que é um dos constituintes mais abundantes das plantas e difícil de degradar. FUNGOS FUNGOS Não possuem clorofila; Diversos aspectos que os fungos podem ter: a-e) cogumelos; Não conseguem utilizar a energia solar para produzir o seu próprio alimento; f) leveduras; g-h) bolores. São organismos heterotróficos; Ao decomporem restos de animais e vegetais conseguem extrair nutrientes que repõem no solo. 3

4 Fungos BICHOS-DE-CONTA, CENTOPEIAS, MINHOCAS, ARANHAS Lacraia Colêmbola Minhoca Milípede Bicho-de-conta Possuem um sistema de enzimas digestivas que segregam sobre os seus alimentos, absorvendo depois os produtos solúveis directamente através das hifas. Escaravelho Ácaro Aranha Bicho-de-conta Contribuem para a decomposição dos detritos, alterandoos e fragmentando-os cada vez mais. DECOMPOSIÇÃO Técnicas de reassociação de DNAextraído solo Mais de espécies bacterianas diferentes em 100 g de solo (Torsvik et al. 1994). Menos de 1% das espécies microbianas conhecidas são cultiváveis. Inclui a formação de detritos, a produção de húmus e a sua transformação em matéria mineral, para ser reutilizada pelos produtores. Decomposição DECOMPOSIÇÃO - Matéria orgânica - Matéria inorgânica Os decompositores reciclam a matéria, tornando-a novamente disponível para os produtores. 4

5 RIZOSFERA Hiltner (1904) zona de influência das raízes- 1 a 3 mm da superfície Volume de solo ao redor de raízes onde o crescimento bacteriano é estimulado. INTERAÇÃO ENTRE RAÍZES E HIFAS DE FUNGOS Na prática: como separar a rizosfera. Contribuição dos Microrganismos para a Formação ou Estabilização de Agregados do Solo Localização de bactérias e fungos em agregados do solo (Moreira & Siqueira, 2006) Modificado de Rillig & Mummey (2006) Miller & Jastrow (1992) 5

6 ENZIMAS DO SOLO Características: - Alta especificidade de reação - Não são consumidas na reação - Sujeitas à indução, ativação, inibição, adsorção, desnaturação e biodegradação - Alta resistência (alta estabilidade térmica e resistência ao ataque de proteases) Ilustração dos mecanismos de atenuação da atividade enzimática no solo resultante das interações enzima-substrato por vários fatores bióticos e abióticos (Modificado de Burns, 1989 citado por Moreira & Siqueira, 2006) 2.2. Fatores físico-químicos que afetam os microganismos Aspectos Gerais Presença de um organismo função das condições ambientais Algumas espécies de microrganismos são versáteis em adaptar-se as condições ambientais (salinidade, temperatura, pressão e ph) Capacidade de adaptação as limitações físicas (água, aeração, porosidade) e químicas (disponibilidade de nutrientes, toxidade de metais pesados) Tamanho e forma refletem as condições ambientais Substratos e fontes de energia Degradação do substrato depende: - Tipo de substrato - Acessível ou não - Condições físico-químicas do micro-habitat Substâncias não-degradáveis ou de difícil degradação RECALCITRANTES Tipos de esporos e outras estruturas de resistência a condições adversas (Fonte: Moreira & Siqueira, 2006) 6

7 2.2.3 Fatores de crescimento Substâncias orgânicas essenciais ou estimulantes para o crescimento de organismos (vitaminas, aminoácidos, purinas) que são produzidos pelas raízes Nutrientes minerais SOLO maior reservatório de nutrientes essenciais aos organismos A mineralização é dependente das relações C:N, C:P e C:S Maior atividade biológica na camada de 0-20 cm Solos sem cobertura vegetal menor comunidade biológica e menor diversidade Os elementos químicos, incluindo todos os elementos essenciais para a vida, tendem a circular na biosfera em caminhos característicos, que vão do ambiente para o organismo e de volta para o ambiente. O movimento dos elementos e compostos inorgânicos essenciais para a vida: Ciclagem de Elementos Essenciais Ciclo Biogeoquímicos Bio: refere-se a organismos vivos Geoquímica: refere-se a Terra, e está interessada na sua composição química e na troca de elementos entre diferentes partes da crosta terrestre Deforma diferente da energia que apresenta um fluxo unidirecional, nos ecossistemas elementos e materiais ciclam e são constantemente re-utilizados Estas vias são geralmente circulares, passando da biosfera para a litosfera, hidrosfera e atmosfera Exemplos: água, carbono, nitrogênio

8 Como os elementos químicos ciclam? Um ciclo biogeoquímico é definido como a rota completa que um elemento químico segue através do sistema Terra, ou seja seu movimento entre a atmosfera, a água, o solo e os organismos vivos O que é a Biogeoquímica? É o estudo dos padrões de circulação dos elementos químicos entre os organismos vivos e o meio É a ciência que busca entender os mecanismos de controle da concentração e ciclagem de elementos químicos na e sobre a crosta terrestre pela síntese, morte e decomposição de organismos Microrganismos e os ciclos da matéria Terra: quantidade praticamente constante de matéria COMPONENTES BIÓTICOS E ABIÓTICOS DO SOLO Ar Areia Água Mudanças no estado químico ocorrem uma grande diversidade de compostos. produzindo Silte Algumas formas de vida (plantas e muitos microrganismos): utilizam compostos inorgânicos simples como nutrientes Animais requerem compostos orgânicos mais complexos para a sua nutrição Bactérias Argila Hifas de fungos Complexo matéria orgânica e argila 2.3 Interações entre organismos do solo Representação do microambiente de filme de água no solo contendo célula microbiana, argila e colóides orgânicos, cátions orgânicos e inorgânicos adsorvidos e íons repelidos. O diagrama representa uma área de aproximadamente 8 μm 2 (Burns, 1986 citado por Moreira & Siqueira, 2006) Neutralismo Ocorre entre organismos dotados de exigências de crescimento completamente diferente Duas populações de microrganismos podem ser encontradas em estreita proximidade sem qualquer efeito recíproco Neste caso não há competição por qualquer alimento, nem outro tipo de inibição não há interação 8

9 Comensalismo Relação entre microrganismos na qual um dos componentes recebe benefícios, permanecendo o outro sem ser afetado Neste caso o microrganismo modifica o ambiente físico ou fisiológico de tal modo que as espécie comensal passa a ser favorecida Exemplo: Muitos microrganismos alteram o ph de um meio, criando condições apropriadas ao desenvolvimento de outras espécies Protocooperação Intercâmbio de compostos entre duas populações favorecendo a ambas (denominada também de sintrofismo e/ou sinergismo. Simbiose Definição: Associação permanente ou prolongada entre organismos dissimilares que é caracterizada por contato físico, troca de metabólitos e de nutrientes, integração morfológica e fisiológica e regulação funcional entre os parceiros (De Bary, 1887). Organismos em simbiose podem ser patógenos, parasitas ou mutualistas. Simbiose pode começar com parasitismo e evoluir para mutualismo e vice-versa. Líquens Líquen: simbiose entre fungo e cianobactéria Colonizam ambientes inóspitos Amensalismo Um organismo afeta de modo adverso, o ambiente de um outro. Produzem com frequência antibióticos ou outras substâncias inibitórias que afetam os processos normais de crescimento ou sobrevivência de outros organismos Exemplo: Tricoderma sp. e Fusarium sp Competição: Organismos que se estabelecem no mesmo nicho ecológico, que requerem os mesmos nutrientes e as mesmas condições ambientais podem competir pelo mesmo alimento Em algumas circunstâncias os microrganismos mais adaptados predominarão ou eliminarão completamente os outros microrganismos Exemplo: Hifas de Trichoderma (T) enrolada na hifa de Rhizoctonia (R), 2 dias após a inoculação 9

10 Parasitismo: Uma relação entre organismos na qual um vive sobre ou dentro do outro (espécies diferentes) e as custas desse outro organismo O parasita se alimenta nas células, nos tecidos do outro organismo O hospedeiro comumente é prejudicado no processo O parasita depende do hospedeiro, vivendo em contato físico e metabólico Exemplo: Vírus bacteriófago Predação: Ocorre a morte e ingestão (assimilação de microrganismos de uma espécie por outro Diferença entre parasitismo e predação: Predador ingere o outro organismo (presa) Parasita apenas rouba os nutrientes do hospedeiro 2.4 Efeitos antropogênicos Atividade humana Exemplo: Micélio de fungos do solo e nematóides Arthrobotrys (parasita de nematóides) Atributos químicos e físicos do solo A comunidade biológica do solo Microartrópodes, biomassa microbiana C e N e respiração basal em plantio direto e convensional (extraído de Crossley et al., 1992 e Balota et al., 1998 citado por Moreira & Siqueira) 10