Diversidade Microbiana e Habitats

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Bernadete Caldeira Azambuja
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1 Diversidade Microbiana e Habitats

2 Não se conhece a identidade da grande maioria de espécies que habita o solo; Afetada: partículas de matéria orgânica, raízes, facilidade de trocas gasosas e outros;

4 O solo como hábitat microbiano Principais fatores que afetam a atividade: - Umidade - Status nutricional

5 Presença de microrganismos nas várias profundidades do solo Profundidade Umidade Mat. orgânica Bactérias Fungos (cm) (%) (%) (x 10 6 )/g (m/g) aeróbias anaeróbias ,2 4,4 24 2, ,0 1,5 3,1 0, ,5 0,5 1,9 0, ,5 0,6 0,9 0, ,9 0,4 0,7 0, ,3 0,4 0,15 0,01 0 Fonte: Lindegreen & Jensen, 1973

6 Bactérias: grupo mais numeroso e mais diversificado; 3 x 10 6 a 5 x 10 8 por g de solo seco; limitações impostas pelas discrepâncias entre técnicas; heterotróficos são mais facilmente detectados; Gram-negativas e não esporuladas são mais favorecidas; Gêneros mais freqüentes: Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas, Nocardia, Streptomyces, Micromonospora, Rizóbios Cianobactérias: pioneiras, fixação de N 2

7 Fungos: 5 x x 10 5 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

8 Algas x 10 5 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,...

10 Terra: Um sistema fechado

Plantas utilizam compostos inorgânicos como nutrientes; Animais requerem compostos orgânicos mais complexos; VIDA: dependência de compostos

11 Plantas utilizam compostos inorgânicos como nutrientes; Animais requerem compostos orgânicos mais complexos; VIDA: dependência de compostos químicos do seu estado elementar para compostos inorgânicos, então para compostos orgânicos, com retorno ao e estado elementar; Mineralização;

12 Ciclo do Carbono Compõe 18% da massa da Terra e 0,03% da atmosfera; Atmosfera acima de 1 acre de solo: 18 toneladas de CO2 e que organismos vivos nesta mesma área devolvem a mesma quantidade desta molécula;

13 Ciclo do Carbono FIXAÇÃO/LIBERAÇÃO DE CARBONO NO AMBIENTE CO2 fixado via fotossíntese (autotroficamente em compostos biológicos) com liberação de O2; Compostos orgânicos resultantes dessa fixação de CO2 são oxidados por quimioheterotróficos produzindo CO2 novamente; Calcula-se que cada molécula de CO2 da atmosfera é fixada via fotossíntese a cada 300 anos; Fotossintéticos e quimiolitotróficos fazem produção: 1º - conversão de C inorgânico a C orgânico (fungos e bactérias que decompõem MO); Respiração/decomposição/combustão retorna C a atmosfera; Fixação > que consumo (respiração) = acúmulo de C orgânico; Fixação < que consumo (respiração) = declínio das populações (a menos que adições ocorram);

14 CO 2 + 4H enzimas (CH 2 O)x + H 2 O; Ciclo do Carbono algas, cianobactérias, bactérias fototróficas verdes e púrpuras e bactérias quimioautotróficas. Maioria utiliza o Ciclo de Calvin;

15 Ciclo do Carbono Degradação da celulose (polímero de glicose insolúvel em água): Madeira (40-50% celulose, 20-30% lignina e 10-30% hemicelulose); Celulose celulase muitas moléculas de celubiose; Celubiose β-glicosidase 2 moléculas de glicose; Glicose + 6O 2 enzimas 6CO 2 + 6H 2 O;

16 Ciclo do Nitrogênio O nitrogênio compõe 80% dos gases da atmosfera; Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos, clorofila, etc. Fixação do N2 atmosférico é necessária para que o mesmo possa ser utilizado; Formas quimicamente disponíveis de N: amônio (NH4+), nitrato (NO3-) e uréia ((NH3)2CO2); 5 processos ciclam o nitrogênio: Fixação; Absorção (crescimento dos microrganismos); Mineralização (decomposição); Nitrificação; Denitrificação;

17 FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO Ciclo do Nitrogênio N2 atmosférico em amônia; Complexo nitrogenase; N2 + 6H+ + 6e+ + 12ATP 2NH3 + 12ADP + 12Pi; NH3 + H2O NH4+ + OH-

18 FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO Ciclo do Nitrogênio Aeróbios e Anaeróbios; Azotobacter: respiração rápida;

19 FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO Ciclo do Nitrogênio Fixação Não-Simbiótica do nitrogênio; Bactéria : gênero/espécie Azotobacter chroococcum Beijerinckia indica Derxia gummosa Cianobactérias Clostridium sp. Desulfovibrio sp. Chromatium vinosum Chlorobium thiosulfatophilum Rhodospirilium rubrum Rhodomicrobium vannielii Características fisiológicas Heterotrófico Aeróbios Fotossintético Heterotrófico Anaeróbios Fotossintético

FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO Fixação Simbiótica do

na agricultura: Rhizobiumleguminosa, Anabaena-

http://textbookofbacteriology.net/impact_2.

20 FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO Fixação Simbiótica do nitrogênio; Ciclo do Nitrogênio Particular interesse na agricultura: Rhizobiumleguminosa, Anabaena- Azolla, Frankia-amieiro e outros sistemas;

21 FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO Fixação Simbiótica do nitrogênio; Ciclo do Nitrogênio Anabaena-Azolla

22 Ciclo do Nitrogênio Proteólise: Proteínas de animais/plantas são quebradas em peptídeos por proteinases; Peptidases de microrganismos convertem os peptídeos em aminoácidos

23 Ciclo do Nitrogênio NITRIFICAÇÃO Conversão da amônia em nitrato; Ocorre em duas etapas: 1 Oxidação da amônia para nitrito por bactérias amônia-oxidante 2NH 3 + 3O 2 2HNO 2 + 2H 2 O H + + NO 2 - Amônia Ácido nitroso Íon nitrito 2 Oxidação da nitrito por bactérias nitrito-oxidante NO ½ O 2 NO 3 - Íon nitrito Íon nitrato Bactérias aeróbias, Gram-negativas e autotróficas, obtem o carbono do CO 2 e retiram energia para fixar o dióxido do carbono do NH 3 ou NO 2 -

24 Ciclo do Nitrogênio NITRIFICAÇÃO Bactérias nitrificantes habitam o solo, esgoto e ambiente aquáticos; Não são fáceis de isolar em laboratório; Bactérias que oxidam amônia Nitrosomonaseuropaea Nitrosovibrio tenuis Nitrosococcus nitrosus Bactérias que oxidam nitrito Nitrobacter winogradskyi Nitrospina gracilis

25 Ciclo do Nitrogênio DESNITRIFICAÇÃO Conversão do nitrato a nitrogênio gasoso; Condições de anaerobiose; Nitrato aceptor final de e - 2NO 3 2NO 2 2NO N 2 O N 2 Nitrato Nitrito Óxido Nítrico Óxido Nitrogênio Nitroso gasoso Bactérias desnitrificantes: Agrobacterium, Alcaligenes, Bacillus, Thiobacillus e Pseudomonas Ponto de vista agronômico: desvantajoso

26 Ciclo do Enxofre Microrganismos podem oxidar ou reduzir compostos sulfurados;

27 Ciclo do Enxofre Enxofre elementar não pode ser utilizado por plantas e animais; Bactérias podem oxidar o enxofre em sulfato (SO 2-4 ); Thiobacillus thiooxidans: 2S + 2H 2 O + 3O 2 2H 2 SO 4 2H + + SO 4 2- Enxofre elementar Ácido sulfúrico Íon sulfato Processo quimioautotrófico aeróbio que produz ácido; Reduz o ph alcalino do solo;

28 Ciclo do Enxofre Plantas usam o sulfato para síntese de aminoácidos que contêm enxofre; CH 2 SH CH 3 HC NH 2 + H 2 O Dessulfurase C O + NH 3 + H 2 S COOH COOH Cisteína Ácido pirúvico Gás Sulfídrico Sulfato pode ser reduzido a sulfeto bactéria anaeróbia Desulfotomaculum 8H + CaSO 4 Sulfato de Cálcio H 2 S + Ca(OH) 2 + 2H 2 O Hidróxido de Cálcio

29 Ciclo do Enxofre Bactérias fototróficas verdes e púrpuras oxidam o sulfeto de hidrogênio resultante da redução do sulfato e decomposição de aminoácidos; CO 2 + 2H 2 S (CH 2 O) + H 2 O + 2S Enzimas; luz Carboidrato

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