Bactérias DesnitrificantesBactérias Desnitrificantes

Centro Federal de Educação Tecnológica de Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas GeraisMinas Gerais

Cíntia Amélia Isabella Gomes

Jéssica Ayra

2009

Morfologia e Fisiologia das Bactérias Morfologia e Fisiologia das Bactérias DesnitrificantesDesnitrificantes

Bactérias anaeróbias e/ou facultativasBactérias anaeróbias e/ou facultativas

São Gram- negativosSão Gram- negativos

As bactérias desnitrificadoras oxidam substâncias orgânicas As bactérias desnitrificadoras oxidam substâncias orgânicas (fontes de energia) e utilizam os íons NO(fontes de energia) e utilizam os íons NO33- ou NO- ou NO22- como - como aceptores de elétrons aceptores de elétrons

Partem de compostos já nitrogenados como os nitratos, nitritos e Partem de compostos já nitrogenados como os nitratos, nitritos e orgânicos nitrogenados (uréia, ácido úrico), para extrair o N2 orgânicos nitrogenados (uréia, ácido úrico), para extrair o N2 (nitrogênio).(nitrogênio).

ParacoccusParacoccus PseudomonasPseudomonas

A desnitrificação é limitada a certas bactérias. As A desnitrificação é limitada a certas bactérias. As espécies ativas são limitadas aos gêneros: espécies ativas são limitadas aos gêneros: Pseudomonas, Bacillus, ParacoccusPseudomonas, Bacillus, Paracoccus, embora , embora Thiobacillus denitrificansThiobacillus denitrificans e ocasionalmente e ocasionalmente Chromobacterium,Corynebacterium, Chromobacterium,Corynebacterium, catalisam a catalisam a redução.redução.

Espécies de Espécies de PseudomonasPseudomonas são o grupo de bactérias mais importantes na são o grupo de bactérias mais importantes na desnitrificação. Suas principais características são:desnitrificação. Suas principais características são:

Reino: Monera (Reino: Monera (Prokariotae) Filo: Filo: Proteobacteria Proteobacteria Classe: Gama Classe: Gama ProteobacteriaProteobacteria Ordem: Ordem: PseudomonadalesPseudomonadales Família: PseudomonodaceaeFamília: Pseudomonodaceae Gênero: Gênero: PseudomonasPseudomonas Espécie: Espécie: P. denitrificans P. denitrificans

São em formato de bastonetes, São em formato de bastonetes, levemente curvadoslevemente curvados

Crescem quimiorganotroficamente, em pH neutro e em temperaturas na faixa Crescem quimiorganotroficamente, em pH neutro e em temperaturas na faixa mesofílica ( 10 – 50°C)mesofílica ( 10 – 50°C)

Grupo disperso filogeneticamenteGrupo disperso filogeneticamenteGÊNEROGÊNERO CARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS

AlcaligenesAlcaligenes Comumente isolada de solos Comumente isolada de solos

AgrobacteriumAgrobacterium Algumas espécies são fitopatogênicas Algumas espécies são fitopatogênicas

AzospirillumAzospirillum Fixadores de N2, comumente associado a gramineas Fixadores de N2, comumente associado a gramineas

BacillusBacillus Desnitrificantes termofílicos Desnitrificantes termofílicos

FlavobacteriumFlavobacterium Espécies desnitrificantes Espécies desnitrificantes

HalobacteriumHalobacterium Requerem altas concentrações salinas para Requerem altas concentrações salinas para crescimento crescimento

ParacoccusParacoccus Capaz de crescimento litotrófico e heterotrófico Capaz de crescimento litotrófico e heterotrófico

PropionibacteriumPropionibacterium Denitrificantes com capacidade de fermentar Denitrificantes com capacidade de fermentar

PseudomonasPseudomonas Comumente isolada do solo Comumente isolada do solo

RhizobiumRhizobium Fixadores de N2 em simbiose com leguminosas Fixadores de N2 em simbiose com leguminosas

RhodopseudomonasRhodopseudomonas Fotossintéticos Fotossintéticos

ThiobacillusThiobacillus Geralmente cresce como quimioautotróficos Geralmente cresce como quimioautotróficos

EcologiaEcologia

As bactérias desnitrificantes vivem na As bactérias desnitrificantes vivem na camada rente ou primeira do solo, oxidando camada rente ou primeira do solo, oxidando os compostos orgânicos da seguinte forma: os compostos orgânicos da seguinte forma:

hidrocarbonetos (CHhidrocarbonetos (CH22O), + nitrato (NOO), + nitrato (NO33) = ) = dióxido de carbono (COdióxido de carbono (CO22) + H) + H22O + NO + N22 + + energia. energia.

Em solos aráveis existe grande concentração Em solos aráveis existe grande concentração de bactérias desnitrificantes o que demonstra de bactérias desnitrificantes o que demonstra um potencial para volatilização rápida do um potencial para volatilização rápida do nitrogênionitrogênio

Vivem também em solos alagados e nos Vivem também em solos alagados e nos sedimentos dos rios, onde encontra-se pouco sedimentos dos rios, onde encontra-se pouco oxigênio disponível. oxigênio disponível.

Encontram - se em :Encontram - se em :

Consiste na redução microbiana de nitrito e Consiste na redução microbiana de nitrito e nitrato com a liberação de nitrogênio nitrato com a liberação de nitrogênio molecular e óxido nitroso (Nmolecular e óxido nitroso (N22O). É também O). É também conhecida como desnitrificação enzimática. conhecida como desnitrificação enzimática. Na desnitrificação o N é perdido ou Na desnitrificação o N é perdido ou volatilizado para a atmosfera.volatilizado para a atmosfera.

Processo de DesnitrificaçãoProcesso de Desnitrificação

Os principais fatores que controlam o processo Os principais fatores que controlam o processo de desnitrificação são: temperatura, pH, de desnitrificação são: temperatura, pH, concentração de oxigênio dissolvido, presença concentração de oxigênio dissolvido, presença de carbono orgânico, presença de bactérias de carbono orgânico, presença de bactérias facultativas, concentração de nitrato, tempo de facultativas, concentração de nitrato, tempo de retenção celular e presença de substâncias retenção celular e presença de substâncias tóxicas.tóxicas.

A desnitrificação é essencialmente um mecanismo respiratório em que o nitrato substitui o oxigênio molecular, e por isso é também denominada de respiração de nitrato.

NONO33- - NO NO22- - NO NO N N22O O N N2 2

Íon nitrato Íon nitrito Óxido nítrico Óxido Gás nitrogênioÍon nitrato Íon nitrito Óxido nítrico Óxido Gás nitrogênio NitrosoNitroso

Formas voláteisFormas voláteis

A desnitrificação é marcadamente afetada pela A desnitrificação é marcadamente afetada pela temperaturatemperatura

A transformação é lenta a 2 °C e aumenta com A transformação é lenta a 2 °C e aumenta com a temperatura a temperatura

A temperatura ótima para a reação é de 25°C A temperatura ótima para a reação é de 25°C ou acimaou acima

A desnitrificação é ainda rápida a temperaturas A desnitrificação é ainda rápida a temperaturas elevadas e vai ocorrer até cerca de 60 a 65°C, elevadas e vai ocorrer até cerca de 60 a 65°C, mas não a 70°C. mas não a 70°C.

Muitas das bactérias desnitrificantes são sensíveis à acidez Muitas das bactérias desnitrificantes são sensíveis à acidez (altas concentrações hidrogeniônicas). Assim vários solos (altas concentrações hidrogeniônicas). Assim vários solos ácidos possuem uma microbiota esparsa. ácidos possuem uma microbiota esparsa.

A acidez governa não somente a taxa de desnitrificação A acidez governa não somente a taxa de desnitrificação mas também a abundância relativa dos vários gases: mas também a abundância relativa dos vários gases:

- altas concentrações de NO3- e pH > 6,0 - altas concentrações de NO3- e pH > 6,0 domínio de N2domínio de N2

- baixas concentrações de NO3- e pH > 6,0 - 6,5 - baixas concentrações de NO3- e pH > 6,0 - 6,5 domínio domínio de N2Ode N2O

Em pH baixo, o NO pode aparecer em quantidades Em pH baixo, o NO pode aparecer em quantidades significantessignificantes..

A taxa de desnitrificação é muito menor em A taxa de desnitrificação é muito menor em solos com pouco carbono que em solos ricos solos com pouco carbono que em solos ricos em matéria orgânica. A efetividade dos em matéria orgânica. A efetividade dos nutrientes orgânicos em promover a nutrientes orgânicos em promover a desnitrificação em solos inundados é desnitrificação em solos inundados é proporcional a sua disponibilidade.proporcional a sua disponibilidade.

A aeração afeta a transformação em duas A aeração afeta a transformação em duas formas aparentemente contratante:formas aparentemente contratante:

Desnitrificação ocorre somente quando o Desnitrificação ocorre somente quando o suprimento de Osuprimento de O22 é insuficiente para satisfazer é insuficiente para satisfazer a demanda biológicaa demanda biológica

Ao mesmo tempo, OAo mesmo tempo, O22 é requerido para a é requerido para a formação de nitrito e nitrato, os quais são formação de nitrito e nitrato, os quais são essenciais para a desnitrificação.essenciais para a desnitrificação.

Na ausência do oxigênio, a taxa de Na ausência do oxigênio, a taxa de desnitrificação torna-se elevada, caso em que os desnitrificação torna-se elevada, caso em que os nitratos e nitritos funcionam como captadores e nitratos e nitritos funcionam como captadores e equilibradores (aceptores) do número de elétrons equilibradores (aceptores) do número de elétrons e fornecem o oxigênio para a oxidação de seus e fornecem o oxigênio para a oxidação de seus compostos orgânicos; porém na presença de compostos orgânicos; porém na presença de oxigênio, esta taxa não é elevada, caso em que oxigênio, esta taxa não é elevada, caso em que as bactérias desnitrificantes usam o gás as bactérias desnitrificantes usam o gás disponível para oxidar os seus disponível para oxidar os seus compostos.compostos.

Importância no Ciclo do NitrogênioImportância no Ciclo do Nitrogênio A forma de nitrogênio resultante da nitrificação está

completamente oxidada e não apresenta mais qualquer energia biologicamente utilizável. Mas pode ser utilizada como aceptor final de elétrons pelas bactérias desnitrificantes que metabolizam outras formas de energia orgânica na ausência de oxigênio atmosférico

Portanto as bactérias desnitrificantes são importantes pois fecham o ciclo do nitrogênio,porque depois de todos os processos, convertem o nitrato em nitrogênio gasoso que retorna à atmosfera.

Por outro lado, para a agricultura é um processo indesejado, pois empobrece o solo

Enfim, a grande via de entrada do nitrogênio atmosférico é feita através de bactérias desnitrificantes, comuns em ambientes alagados, com pouca oxigenação que convertem uréia e amônia em nitrogênio gasoso para a atmosfera, fechando o ciclo de nitrogênio na Natureza.

Fonte: Introdução à Ecologia. 1982. Almeida, J.P.; Pereira, L.A. & Miziguchi, Y.

Referências BibliográficasReferências Bibliográficas

MADIGAN, Michael T.; MARTINKO, John M.; PARKER, Jack.MADIGAN, Michael T.; MARTINKO, John M.; PARKER, Jack. Microbiologia Microbiologia

de Brockde Brock . 10. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2004. 608 p. . 10. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2004. 608 p.

Ciclo Biogeoquímicos. Disponível em: Ciclo Biogeoquímicos. Disponível em: <http://www.inf.ufes.br/~neyval/Gestao_ambiental/<http://www.inf.ufes.br/~neyval/Gestao_ambiental/

Tecnologias_Ambientais2005/Ecologia/CicloNPS.doc > . Acesso em: 22 jun. Tecnologias_Ambientais2005/Ecologia/CicloNPS.doc > . Acesso em: 22 jun. 2009.2009.