FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO

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1 FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO

2 1. INTRODUCÃO Idade da pedra; 370 a 285 a.c. Revigorantes HELLRIEGEL (1886) e WILFARTH Função dos nódulos BEIJERINCK (1888) Isolamento (Bacillus radicicola) Aplicação prática a) Terra b) Macerado Fábricas: Alemanha e USA Brasil IAC(1930); Privada Pelotas (1956)

3 2. AS LEGUMINOSAS a espécies 200 espécies cultivadas 20 importância 2.1. Subfamílias Mimosoideae, Cesalpinoideae e Papilionoideae* 2.2. Importância 2 a em área cultivada Equilíbrio dos ecossistemas: Rizóbio x Leguminosas 35 x 10 6 t/ano de N

4 Uso potencial das leguminosas (Freire, 1992) 24% do total de proteína Uso Grãos Tubérculos Forragens tropicais Forragens temperadas Frutas Adubo verde Madeira, Combustível, gomas, resinas Espécie Soja, feijão, amendoim, fava, grão de bico, lentilha, feijão miúdo, feijão de corda, guandu Feijão alado, Pueraria Desmodium, Leucena, Stylosanthes Trifolium, Medicago, Lotus Ingá, Tamarindus Vigna, Cajanus, Crotolaria, Acacia, Sesbania, Albizia, Calopogonium, Lupinus, Mucuna, Canavalia Acacia, Prosopis, Parkia

5 3. O microssimbionte Bradyrhizobium, Allorhizobium Rhizobiaceae Rhizobium, Mesorhizobium Azorhizobium, Sinorhizobium 3.1. Formação e estrutura do nódulo Bactérias saprófitas, aeróbias, Gram negativas Presença de Leguminosas Flavonóides Quimiotaxismo positivo Fator Nod reconhecimento entre ambos indução da divisão celular no córtex

6 Etapas da formação do nódulo

7 Fator Nod

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10

11 Bacteróides divisão cessa, tamanho, alterações bioquímicas

12 3.3 Bioquímica da Fixação Figura 4: Modelo da reação de fixação do nitrogênio, mediada pela enzima nitrogenase.

13 3.3 Bioquímica da Fixação N 2 + 6H + 2NH 3 (Haber-Bosch) Nitrogenase N 2 + 8H + + 8e ATP 2NH 3 +2H+16ADP+16Pi Componente I 2Mo e 33 Fe MoFe-Proteína Componente II 4Fe Fe-Proteína Leghemoglobina Co (B12; coenzima cobamida)

14 3.2. Característica dos nódulos a) Estrutura organizada das galhas b) Camada de células corticais c) Área meristemática apical ou circundando o nódulo d) Área fixadora, células > normal Obs. Nódulo 1 x10 6 a 1 x 10 9 bacteróides Células gigantes: Milhares e) Conexão com o xilema f) Delimitação pelo parênquima

15 Figura 5: Assimilação do NH4 + produzido na fixação do N 2 nos nódulos radiculares de leguminosas.

16 Assimilação do Nitrogênio Bactéria NH 3 + H líquido aquoso citoplasmático NH 4 + NH 4 + Problemas!!!! Excretado Vegetal NH 4 + Problemas!!!! Moléculas não tóxicas! Sintetases Glutamina e Glutamato Ervilha asparagina Soja ureídeos Exportados: Células vegetais xilema

17 a) Formas esférica cilíndrica coralóide multilobada b) Tamanho Planta e simbiose c) Posição Raízes principal e secundária Caule d) Persistência Anuais Perenes

18 Figura 4. Ocorrência de nódulos

19 Figura 5. Ocorrência de galhas

20 3.4 Benefícios da Fixação 6x10 6 t de uréia U$1,3 bilhão! 4. Técnicas de avaliação da nodulação 4.1. Época da avaliação Produtora de grãos Forrageiras 4.2. Coleta de nódulos pá, cilindro, linha(pá ou facão)

21 4.3. Interpretação N o de nódulos poucos excessivo Aspecto externo interno

22 Interpretação da nodulação 12 dias 4 a 8 nódulos/planta satisfatória. Floração, 15 a 30 nódulos ou 100 a 200 mg/planta, com 2 a 3 mm na coroa da raiz, róseo: nodulação precoce e inoculação bem sucedida; Nodulação > nas raízes secundárias indica a formação tardia (Sousa & Lobato, 2004).

23 4.4. Seleção de estirpes Potencial de fixação Adubação nitrogenada Especificidade hospedeira Capacidade competitiva Sobrevivência no solo 5. Técnicas de avaliação da fixação a) N total b) N marcado c) Redução de acetileno

24 Figura. Especificidade hospedeira

25 6) Fatores limitantes da fixação 6.1. Fatores bióticos a) Gens nif Temp. 35 a 40 o C b) Associações microbianas predação parasitismo antibiose

26 6.2. Fatores climáticos a) Temperatura Leguminosas tropicais 25 a 32 o C Feijão 35 o C; Algaroba 35 o C Cobertura morta (0-5cm) b) Umidade X aeração umidade: infecção dos pelos radiculares umidade: geradores de energia Exceção Neptunia espaços vazios lenticelas

27 c) Fertilidade do solo ph 3,5 a 5,5 (+ tropicais) Efeito acidificante 250 Kg calcário/ha 70 Kg N Nutrientes N efeito Deficiência! infecção, n o. de nódulos taxa de fixação P Mo Feijão 3,6 ppm nódulos 10 ppm sementes Co Leghemoglobina Fe e Mg

28 6.4 Uso de agrotóxicos Produtos mercuriais Nunca! Obs. Fungicidas 54% Herbicidas 42% Inseticidas 40%

29 7. Inoculação das sementes com Bradyrhizobium spp Introdução: Nitrogênio necessário; 1000 kg de grãos 80 kg de N FBN > parte, quando eficiente, todo N!!

30 Tabela 1. Nitrogênio fixado por diversas associações rizóbio leguminosas (Freire, 1992) Leguminosa Alfafa (Medicago( sativa) Trevo doce (Melilotus( sp) Trevo (Trifolium( sp) Caupi (Vigna unguiculata) Fava (Vicia( faba) Amendoim (Arachis( hypogea) Soja (Glycine( max) Leguminosas forrageiras (Desmodium sp, Lespedez sp) Amplitude ( )( N 2 fixado (kg/ha ha/ano

31 Informações Econômicas Soja BR: Produção: 58,4x10 6 t Área Plantada 20,687x10 6 ha Produtividade 2823 kg/ha PR: Produção: 11,916x10 6 t Área plantada: 3.920,2x10 6 ha Produtividade PR: kg/ha Sementes inoculadas? 60%

32 Informações Fudamentais! a) Qualidade e quantidade de Inoculantes? Comprovada eficiência: Normas oficiais da Relare,, aprovadas MAPA cél/semente Respostas até cél/semente A base do cálculo c é o registro no MAPA e que consta na embalagem.

33 b) Cuidados ao adquirir inoculantes? Recomendado pela pesquisa e registrado no MAPA; Não usar vencido; População mínima m de 10 8 /g ou ml, que forneça a cél/sem; Armazenado em condições satisfatórias de temperatura e arejamento; transportar e conservar em lugar fresco e bem arejado;

34 b) Cuidados ao adquirir inoculantes? - Continuação certificar-se de que os inoculantes contenham uma ou duas das quatro estirpes recomendadas para o Brasil [(SEMIA 587, SEMIA 5019 (B. elkanii)], [(SEMIA 5079 e SEMIA 5080 (B. japonicum)]; e em caso de dúvida sobre a qualidade do inoculante, contatar um fiscal do MAPA.

35 c) Cuidados na Inoculação? inocular à sombra e manter a semente inoculada protegida do sol e do calor excessivo; fazer a semeadura logo após a inoculação, especialmente se a semente for tratada com fungicidas e micronutrientes;

36 c) Cuidados na Inoculação? - Continuação Para > aderência dos inoculantes turfosos, recomenda-se umedecer a semente com 300 ml/50 kg semente de água açucarada a 10% É imprescindível que a distribuição do inoculante seja uniforme em todas as sementes para que se tenha o benefício da FBN em todas as plantas.

37 7. Métodos de Inoculação 7.1. Inoculação nas sementes? a) Inoculante turfoso Umedecer as sementes com solução açucarada ou outra substância adesiva, misturando bem. Adicionar o inoculante, homogeneizar e secar à sombra. Preferencialmente, em máquinas próprias, tambor giratório ou betoneira.

38 7.1. Inoculação nas sementes? - Continuação b) Inoculante líquido - aplicar nas sementes, homogeneizar e deixar secar à sombra. Obs. Para ambas as formas! Seguir rigorosamente as orientações técnicas indicadas do fabricante para cada produto e método de inoculação.

39 7.2. Inoculação no sulco de semeadura? Aplicação por aspersão no sulco, por ocasião da semeadura, em solos com ou sem população estabelecida. Dose seis vezes a recomendada para as sementes; Vantagem: reduz os efeitos tóxicos do tratamento de sementes com fungicidas e da aplicação de micronutrientes nas sementes sobre a bactéria.

40 7.3. Fungicidas x Inoculantes? > Parte reduz a nodulação e a FBN (Campo & Hungria, 2000); > freqüência de efeitos negativos ocorre em solos de primeiro ano de cultivo com soja, com baixa população de Bradyrhizobium spp. para garantir; para melhores resultados com a inoculação e o estabelecimento da população do Bradyrhizobium spp. ao solo, o agricultor deve evitar o tratamento de sementes com fungicidas, desde que:

41 7.3. Fungicidas x Inoculantes? - Continuação Sementes com alta qualidade fisiológica e sanitária, estejam livres de fitopatógenos importantes (pragas quarentenárias A2 ou pragas não quarentenárias regulamentadas), definidos e controlados pelo Certificado Fitossanitário de Origem (CFO) ou Certificado Fitossanitário de Origem Consolidado (CFOC), conforme legislação. (Instrução Normativa nº 6 de 13 de março de 2000, publicada no D.O.U. no dia 05 de Abril de 2000); e

42 7.3. Fungicidas x Inoculantes? - Continuação o solo apresente boa disponibilidade hídrica e temperatura adequada para rápida germinação e emergência. Caso negativo! Misturas menos tóxicas: Carboxin + Thiram, Difenoconazole + Thiram, Carbendazin + Captan, Thiabendazole + Tolylfluanid ou Carbendazin + Thiram.

43 7.4. Aplicação de micronutrientes? 2 a 3 g/ha de Co e 12 a 30 g/ha de Mo via semente ou em pulverização foliar, nos estádios de desenvolvimento V3-V5. Sementes enriquecidas com Mo! Não dispensar a aplicação do Co e Mo, sementes enriquecidas em Mo aumenta a eficiência da FBN e os rendimentos da soja.

44 7.5. Sementes enriquecidas (SE +Mo)? Fazer duas aplicações de 400 g de Mo, utilizando-se uma fonte solúvel em água, entre os estádios R3 e R5-4, com intervalo de no mínimo 10 dias. Prática exclusiva de produtores de semente. SE +Mo não usar alimentação animal.

45 7.6. Fungicidas e micronutrientes com o inoculante? Micronutrientes + fungicidas, antes da inoculação, reduz o número de nódulos e a eficiência da FBN. Alternativa Quando usar fungicida: Aplicar o Co e o Mo, via foliar: pulverização entre os estádios V3 e V5

46 7.7 Inoculação em áreas de cultivo anterior de soja Ganhos < expressivos do que os obtidos em solos de primeiro ano. Todavia, têm sido observados ganhos médios de 4,5%.. Por isso, recomenda-se reinocular a cada ano.

47 7.8. Inoculação em áreas de 1 o cultivo soja não é nativa do Brasil, a bactéria não existe naturalmente nos solos; indispensável que se faça a inoculação; A dose deve ser a indicada; Observar os cuidados em relação à aplicação de fungicidas e micronutrientes. Qto >no de cél/sem, melhor nodulação > rendimentos.

48 7.9. Uso de adubação mineral - Continuação todas as regiões onde a soja é cultivada mostram: fertilizante N (semeadura ou em cobertura); em qualquer estádio de desenvolvimento (V1 a Vn) da planta, em sistemas de semeadura direta ou convencional, além de reduzir a nodulação e a eficiência da FBN, não traz nenhum incremento de produtividade para a soja.

49 7.9. Uso de adubação mineral Fórmulas com N, + econômicas, que sem N. Sim! Porém, não aplicar mais do que 20 kg/ha de N.

50 8. Técnicas de Inoculação 8.1 Inoculação Simples Condições de uso Etapas (local) a) 50 Kg de sementes a 500 ml de sacarose a 5%; b) Adicionar o inoculante; c) Secar à sombra

51 8.2. Peletização das sementes Condições de uso: Etapas a) Solução adesiva Farinha de trigo a 7% Goma arábica 40% b) Sol. Adesiva + Inoculante c) Adicionar as sementes d) Adicionar o pó e) Aguardar 24 h

52 Tabela 2. Época de formação de nódulos em Phaseolus vulgaris cv. Turrialba-4, inoculada com estirpes de R. phaseoli (Gonzales, 1984). Dias 8 Car 6 - Car 24 - Car 25 - Semia Semia Semia Ausência e + Presença

53 Tabela 3. Atividade total da nitrogenase (nanomoles C 2 H 2 /planta/h) em Phaseolus vulgaris cv. Turrialba-4, inoculada com estirpes de R. phaseoli (Gonzales, 1984). Dias após à semeadura Car 6 Estirpes Médias estirpes 373*a Car c Car ,25c Semia ,0b Semia ,77b Semia ,5b

54 Tabela 4. Rendimento de grãos como efeito da inoculação de quatro estirpes de R. japonicum em três variedades de soja (FREIRE, 1992). Variedades Estirpe Hood Majos Hill Testemunha Re 1976 (25) 1572 (21) 1615 (10) (25) 1995 (36) 1867 (27) (17) 2005 (37) 1733 (18) (38) 2115 (44) 1907 (30)

55 Tabela. Número de nódulos de três cultivares de soja inoculados com estirpes individualizadas de R. jjaponicum e com a mistura em areia e solução. (OLIVEIRA & VIDOR, 1986). cultivares Estirpes INPA 011 Bragg 87 ab IAC-2 Oriente N o de nódulos/vaso 90 b 60 ab Média 79 ab INPA a 184 a 86 a 138 a SEMIA 513 Re 50 b 123 ab 105 ab 93 b SEMIA ab 199 a 120 a 140 a MISTURA 120 ab 148 ab 76ab 115 b

56 Tabela 5. Resultados médios de número e peso seco de nódulos, N nos grãos e produção de grãos no cultivar de soja Bragg (Embrapa, 1981). Tratamentos N o Nódulos Nitrogênio Produção Peso(g) Foliar(%) kg/ha kg/ha Sem Inoculante 175,2 0,64 2,33 112, ,0 Inoculação 206,6 0,78 2,41 128, ,0 Inoc Kg N 153,0 0,60 2,34 124, ,0 Inoc Kg N 149,0 0,54 2,02 123, ,0 Inoc Kg N 159,0 0,46 2,12 121, ,0

57 8. RECOMENDAÇÃO DE INOCULANTES Tabela 6. Leguminosas de grãos Soja Feijão Cultura Ervilha Feijão-Mi Miúdo Amendoim Grão de Bico Nome científico Glycine max Phaseolus vulgaris Pisum sativum Vigna sinensis Arachis hypogea Cicer arietinum Pcte 250g/kg sementes

58 9. RECOMENDAÇÃO DE INOCULANTES Tabela 7. Leguminosas forrageiras Cultura Alfafa Trevo-branco Sincho Trevo-subterrâneo Trevo-vermelho vermelho Serradela Ervilhaca Nome científico Medicago sativa Lotus corniculatus Lathyrus odoratus Trifolium subterraneum Trifolium pratense Ornithophus pratense Vicia sativa Pcte 250g/kg sementes

59 9. RECOMENDAÇÃO DE INOCULANTES Tabela 8. Leguminosas forrageiras Cultura Centrosema Desmódio Guandu Lab-lab Siratro Stylosanthes Soja perene Nome científico Centrosema ssp Desmodium intortum Cajanus cajan Lab-lab purpureus Macropitilium atropurpureum Stylosanthes spp Neotonia wightii Pcte 250g/kg sementes

60 9. RECOMENDAÇÃO DE INOCULANTES Tabela 9. Leguminosas para adubação verde e florestais. Cultura Tremoço Calopogônio Crotalária ria Feijão-de de-porco Kudzu tropical Mucuna preta Leucena Nome científico Lupinus spp Calopogonio spp Crotolaria spectabilis Canavalia ensiformis Pueraria phaseoloides Stilozobium aterrimum Leucaena leucocephala Pcte 250g/kg sementes

61 10. RECOMENDAÇÃO DE INOCULANTES Soja a kg/ha, para a kg/ha No de bactérias/semente N = concentração do inoculante (MAPA) x Dosagem/saca N o de sementes por saca de 50 kg ( ) N < 10 6 ; poderá aumentar a dose para > produtividade N bactérias/semente

62 Tabela 10. Simulações de inoculantes com diferentes dosagens e concentrações. Concentração do inoculante 1 x 10 9 Dose recomendada (50 kg) 125 Doses para atingir 1milhão de cél/semente 2,8 Idem 2 x ,33 Podem ser comercializados, segundo MAPA? 1,75 3 x ,89

63 Quadro 1.Características diferenciais entre as culturas da soja e do feijoeiro quanto à fixação de N (Kusdra, 2004) Características Resposta à inoculação do rizóbio Eficiência da simbiose Uso de inoculantes Inoculantes comercializados no Brasil Importãncia do processo FBN Taxas de fixação de N (riz( rizóbio do inoculante RI) Benefícios pela FBN pelo RI Nível de suficiência de N pela simbiose com o RI Dependência da planta inoculada em adubos nitrogenados (AN) Capacidade da FBN com o RI em substituir a AN Economia de AN com a FBN (RI) Credibilidade do processo FBN Problemas que comprometem a eficiência da FBN Colonização radicular pelo RI Soja A A Comum +98% A A A A B A A A B A Feijão B B Raro -2% B B B B A B B B A B

64 Quadro 1.Continuação Características Massa nodular Diâmetro dos nódulosn Eficiência nodular Período (tempo) de contribuição da FBN no ciclo Especificidade hospedeira Promiscuidade nodular Possibilidade de simbiose com o RI Competitividade entre rizóbios do solo e RI Susceptibilidade da simbiose ao estresse ambiental Soja > > > > > < > < < Feijão < < < < < > < > >