Ecologia do Solo Pós-graduação em Agroecossistemas Disciplina: Ecologia Microbiana Prof. Cláudio...

Ecologia do Solo

CCB / MIP

Pós-graduação em AgroecossistemasDisciplina: Ecologia Microbiana

Prof. Cláudio Roberto F. S. Soares

Szabolcs (1994)

1.Introdução

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

Definição:Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais e húmus

http://pt.wikipedia.org/wiki/Agricultura

http://pt.wikipedia.org/wiki/Geologia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Rocha

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mineral

http://pt.wikipedia.org/wiki/H%C3%BAmus

Parte sólidaPoros

25%

25%

45%

5%

Composição de um Solo Hipotético

• 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

• Água– livre: poros do solo– adsorvida: ligada aos colóides (argilas)

• Gases:

CO2, O2, N2 ...

– composição variável em função dos processos biológicos


• Sistemas biológicos:

– plantas– animais– Microrganismos: grande diversidade e abundância


O Ambiente Solo

(Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

O Solo como

Habitat

Moreira & Siqueira, 2006

MACROFAUNA

BACTÉRIAS

FUNGOS

NODULAÇÃO

MICORRIZAS

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)

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

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

• 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

“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???

• 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


• 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, ...


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.

Contribuição dos Microrganismos para a Formação ou Estabilização de Agregados do Solo

Modificado de Rillig & Mummey (2006)Miller & Jastrow (1992)

Microrganismos e Agregação do solo.

Fungos filamentosos

Polissacarídeos e hifasde fungos como

agentes agregantesde partículas do solo

(Robert & Chenu,1992)

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

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

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Grand_prismatic_spring.jpg

Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo

-pH


Predomínio de Bactérias

Predomínio de Fungos


-Alumínio (Al3+) e metais pesados


Influência do pH na Incidência da Sarna da Batata (Streptomyces scabies)

Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos:

O2: Aeróbicos obrigatórios Anaeróbicos obrigatórios Anaeróbicos facultativos Microaerófilos Aerotolerantes

Importância:• Respiração• Reações de óxido-redução• Atividade enzimática


-Umidade do Solo


-Temperatura e Radiação Solar

Chlamydomonas nivalis

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.

Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos:

Textura do substrato Estrutura do substrato Porosidade do substrato Agregação do substrato Água do substrato

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

39

Interações entre Organismos que Afetam o Crescimento Microbiano


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)


-Substratos e Fontes de Energia



-Nutrientes Minerais


• 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.


-Fatores de Crescimento



-Efeitos Antropogênicos

Métodos de Avaliação de Ocorrência, Diversidade, Densidade e Atividade de Organismos do Solo

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

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