Microbiologia do Solo - Ciclos Biogeoquímicos do P e do S.ppt [modo de compatibilidade]
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Microbiologia do Solo - Ciclos Biogeoquímicos do P e do S.ppt [modo de compatibilidade]

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Aula da disciplina de Microbiologia do Solo do Prof. Dr. Juliano de Carvalho Cury no CSL-UFSJ

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  • 1. 15/01/2014 Ciclos do P e S O Fósforo O fósforo é essencial para plantas e animais na forma dos íons PO43- e HPO42- (ortofosfato – fosfato inorgânico dissolvido). Encontrado em formações rochosas, sedimentos, e em sais de fosfato (absorvido por plantas), mas nunca na forma gasosa. Na atmosfera apenas aderido a partículas. “ciclo incompleto”. Encontrado em pequenas quantidades no ambiente e em maiores concentrações nos seres vivos, por isso é um fator limitante A ciclagem do fósforo é uma das mais lentas, especialmente se estiver nos sedimentos (feita por microrganismos) No solo pode ser adsorvido por partículas, tornando-se, assim, imobilizado. Ortofosfato legado a Ca, Fe, Al, MO. Faz parte de moléculas como ácidos nucléicos (DNA), energéticas (ATP e ADP), de células lipídicas, e da estrutura do corpo de animais como fosfato de cálcio (ossos, dentes, etc.) – ausente em celulose, hemicelulose, lignina, e proteínas Deficiência de P, com exceção da água, é o fator que mais limita crescimento e produtividade. Solos tropicais e subtropicais – limitação da produção agrícola Três formas de fósforo nos solos: O ciclo do P litosfera Fósforo orgânico: na matéria viva: plantas, microrganismos e animais Fósforo solúvel: disponível. Orgânico e ortofosfato. Menor proporção de P do solo Fósforo adsorvido: indisponível. Anionicamente ligado a cátions de Al, Fe e Ca. Peixes e aves Fosfato de Ca O ciclo do fósforo tem 2 componentes principais que ocorrem em diferentes escalas de tempo: No componente local ele cicla nos ecossistemas em tempo ecológico Nos sedimentos ele faz parte da porção classificada em tempo geológico. Somente será mobilizado milhões de anos mais tarde Perda de fósforo dos solos Perdas volumosas logo após fertilização orgânica (chuva) Perdas por erosão: P está associado a partículas do solo Aração, transformação de ecossistemas florestais a agricultura, etc. Queimas de compostos combustíveis Rejeitos humanos (3,000,000 kg de P/ano) Efeito antropogênico Uso excessivo de fertilizantes Contaminação das correntes de água pelo uso de ácido sulfúrico para extrair o fósforo das rochas Lixiviação contaminando lençóis freáticos causando eutrofização 1
  • 2. 15/01/2014 Micro-organismos DNA e RNA / ATP e ADP / Fosfolipídios Solubilização Microbiana de fosfatos Solubilização Microbiana de Fosfatos Micro-organismos: Bactérias (principalmente quimiolitotróficas): ex.: Bacillus, Thiobacillus, Mycobacterium Fungos : ex.: Aspergillus, Penicillium, Sclerotium Agentes solubilizadores: Ácidos minerais fracos: H2CO3 – respiração raízes e microorganismos. Ácidos minerais fortes: H2SO4, HNO2 e HNO3 - oxidação de formas reduzidas de S e N por quimiolitotróficos. Ácidos orgânicos: cítrico, oxálico, glucônico – metabolismo quimiorganitrófico e raízes. Fungos X Bactérias Mineralização do fósforo orgânico Fatores que afetam a solubilização biológica de fosfatos Ralação C/N – altas relações aceleram a solubilização e mantêm níveis elevados de P solúvel por mais tempo Adição de matéria orgânica (ex. esterco) Mineralização do Fósforo Orgânico • Utilização de compostos orgânicos contendo P – liberação • Depende de fatores como: • • • • • • • Extensão da rizosfera – atividade dos quimiorganotróficos Liberação de fosfatases – mineralização da MO contento P • BIOSUPER Composição da MO População microbiana presente Temperatura (maior acima de 30°C) Umidade (alternância de umidade e seca favorece) Aeração pH (próximo à neutralidade favorece) Práticas culturais (Ex.: adição de fertilizantes) Enxofre • • • Fitases – retiram os grupos P de polifosfatos (boa parte do P orgânico acumulado no solo por ligar-se a colóides – extra ou intracelulares – ex.: Aspergillus, Penicillium, Rhizopus • Nucleases – ação rápida – DNA também pode ser adsorvido ao solo (colóides). • • Fosfolipases – membranas • • Enzimas radiculares • Ocorre no solo nas formas orgânica e inorgânica Adicionado na forma de resíduos de animais ou vegetais, fertilizantes, água da chuva (chuva ácida – H2SO4 – queima de combustíveis fósseis – SO2 e H2S do metabolismo microbiano) e intemperização de rochas contendo minerais sulfetados (FeS2, ZnS, CaSO4) Essencial aos seres vivos – constituinte de proteínas e moléculas do metabolismo como AcetilCoA e NADH No estado reduzido (S) é fonte de energia para bactérias quimiolitotróficas, e no estado oxidado (SO4) é aceptor de elétrons de bactérias redutoras de sulfato Oxidação de sulfetos metálicos – lixiviação bacteriana de metais – biohidrometalurgia – Thiobacillus 2
  • 3. 15/01/2014 Redução e assimilação microbiana (plantas) O ciclo do Enxofre H2S será liberado após a morte celular - MO Degradação microbiana do S orgânico • Dessulfurização da cisteína – basicamente anaeróbia por bactérias – libera H2S. Aeróbia por alguns fungos. Redução microbiana do S • • • • • • • CICLO DO ENXOFRE SO2 Respiração anaeróbia liberando H2S Poucos gêneros – largamente distribuídos – Ex.: Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfomonas Grande importância ecológica – boa parte do H2S liberado para a atmosfera. Fontes de C – lactato, piruvato, malato, hidrocarbonetos (depósitos de petróleo) Biogênese de minerais sulfetados (FeS2, CuS, CuFeS2, ZnS) Degradação de minerais sulfatados (MgSO4, CaSO4) Formação de depósitos de S elementar Redução Biológica Não Assimiladora do Sulfato Ambiente Desulfovibrio sp H2S Queima de combustíveis fósseis Sulfato + M.O. + O2 Utilizado Como Aceptor Final de e- no Processo Oxidativo da M.O. Absorção e redução pelas plantas e microrganismos Sorg Desulfotomaculum sp SO4-2 Sulfeto AR SO4-2 SOLO Implicação Prática: Depósitos de Sulfetos Metálicos H2S + Metal Exemplo: Pirita (FeS2) S0 H2S METAL Sulfetos Metálicos Minerais Primários Fe+ + H2S + S0 2FeOOH + 2H2S FeS2 + 2H+ FeS2 + H2O + 2OH- 3
  • 4. 15/01/2014 Implicação Prática: Oxidação Biológica do Enxofre Bactérias Fototróficas Dois Grupos Anaeróbias Estritas H2S - Doador de eH2S Lixiviação de metais Bactérias Quimiolitotróficas Aeróbias Estritas S0 + 11/2 O2 H2S + 2O2 + CO2 + H2O (CH2O) + H2O + 2S0 S2O3-2 + 2O2 + H2O Thiobacillus sp Chlorobium sp (Bactérias Verdes do Enxofre) Chromatium sp (Bactérias Púrpuras do Enxofre) SO4-2 SO4-2 + 2H+ + 2H+ 2SO4-2 + 2H+ Thiobacillus sp Microrganismos e Metais Volatilização Toxicidade e Resistência Metal Biomoléculas Adsorção Bioacumulação DNA – RNA - Proteínas Mecanismos de Resistência -Animais Material Excretado Metal Metais: Indução de Expressão Precipitação -Plantas -Microrg. Metalotioneínas 4
  • 5. 15/01/2014 Oxidação microbiana de compostos inorgânicos de S • Bactérias fotolitotróficas e bactérias quimiolitotróficas • Foto – Chlorobium (bactéria verde do enxofre) e Chromatium (bactéria púrpura do enxofre) Anaeróbios – utilizam sulfeto como doador de elétrons, liberando S elementar S é depositado intracelular (púrpura) ou extracelularmente (verde) H2S + CO2 –luzCH2O + H2O + 2S • • • • • Quimio – Tiobacilos (importância biotecnológica) 2S+3O2 + 2HOH ------> 2H2SO4 (Thiobacillus thiooxidans) 12FeSO4 + 3O2 + 6HOH ------> 4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3 (T.ferroxidans) Thiobacillus ferrooxidans http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Thiobacillus • Oxidação de metais/minerais • Rejeito de mineração • Oxida pirita formando ácido sulfúrico • Poluição • Recuperação de metais (biolixiviação) - biohidrometalurgia – Cu, Zn, Au Thiobacillus concretivorus • Corrosão de concreto • Concreto não revestido sob influência de água parada ou esgoto (presença de H2S) • Ácido sulfúrido e carbônico reagem com hidróxido de cálcio • pH pode passar de 12 a valores próximos a 6-7 – ideal para Thiobacillus concretivorus, acelerando o processo http://www.alken-murray.com/H2SREM6.HTM 5