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Título: Microbiologia do ciclo do nitrogênio em solos do cerrado
Autor(es): Pires, Elisa Catão Caldeira
Orientador(es): Kruger, Ricardo Henrique
Assunto: Microbiologia
Nitrificação
Solos - Cerrados
Savanas
Data de publicação: 26-Mai-2016
Referência: PIRES, Elisa Catão Caldeira. Microbiologia do ciclo do nitrogênio em solos do cerrado. 2016. xi, 81 f., il. Dissertação (Mestrado em Biologia Microbiana)—Universidade de Brasília, Brasília, 2016.
Resumo: A interação entre as variáveis do solo e a microbiota influencia os processos que ocorrem no solo, tanto que, em ambientes terrestres o N é reciclado primariamente pela microbiota. No ciclo do N, a nitrificação é a etapa em que nitrato se torna disponível no solo para as plantas, mas também N é perdido por lixiviação de nitrato ou pela emissão de gases nitrogenados. Entretanto, as mudanças climáticas, a modificação do uso da terra e a aplicação de fertilizantes nitrogenados veem alterando a dinâmica de N. Um especial interesse é direcionado à maior savana na América do Sul, o bioma tropical sazonal seco que é o Cerrado, cuja paisagem vem sendo alterada pela agricultura. Fazendo uso da técnica de metagenômica, os atributos funcionais da microbiota do solo do Cerrado quanto ao ciclo do N foram comparados entre dois parques de conservação do bioma, distantes 500 km entre si, com variação na textura e no conteúdo de água do solo. Os tipos de vegetação amostradas dentro de cada parque mascararam os efeitos de altitude e distância entre os parques, e todas as amostras apresentaram uma maior abundância de genes para assimilação de amônia e amonificação. Isso corrobora a literatura encontrada sobre o metabolismo de amônia como forma principal de N no Cerrado. Em particular, o Campo limpo alagado, presente somente em um dos parques, apresentou a maior abundância de genes fixadores de nitrogênio. Ainda, foram detectados genes para denitrificação, mas somente dois hits foram observados para nitrificação. Sucessivamente, foi acessado o impacto do manejo do solo sobre a abundância de Archaea e Bacteria oxidantes de amônia por quantificação do gene marcador amoA ao longo do cultivo da soja no bioma Cerrado. A análise molecular, tal como as técnicas clássicas e de isótopos mostraram um maior conteúdo de C orgânico e de NH4+-N no pousio em comparação à área nativa de reserva legal adjacente ao plantio da soja. De mesma forma, observou-se um aumento na abundância de oxidantes de amônia e da taxa de nitrificação no solo agrícola em comparação à área nativa, com a menor razão amônia/nitrato observada no solo após revolvimento. A abundância de AOB apresentou correlação com o aumento de pH ao longo do cultivo da soja. Experimentos seguintes testaram o efeito de água e de pH em microcosmos contendo solo do Cerrado, tal como a possível inibição de nitrificação em slurries contendo uma mistura de solo do Cerrado com um solo agrícola (Craibstone) com reconhecida atividade de oxidação de amônia. No entanto, o acúmulo de NO3- estava abaixo do nível de detecção na maior parte das amostras, tanto naquelas com aumento no teor gravimétrico de água ou com aumento de pH, independente da alta concentração de amônia. A nitrificação não foi inibida nas misturas de slurries incubadas, e, ainda, após 21 dias de incubação foi possível detectar transcritos de amoA de AOA no slurry de solo de Cerrado. Os perfis de DGGE mostraram um maior número de bandas de AOA amoA nos slurries de Craibstone e das misturas dos dois solos, do que o perfil observado nos slurries incubados somente com solo do Cerrado. Considerando o exposto acima, este foi o primeiro trabalho apresentado sobre o metabolismo de N e mais especificamente sobre a oxidação de amônia, utilizando dados de metagenomas e de PCR em tempo real. A baixa detecção de nitrato nas amostras de campo e de incubações em laboratório sugerem que algum outro mecanismo ocorre nos solos do bioma Cerrado no sentido de preservação de N inorgânico preferencialmente na forma de amônia. Sugerimos que a nitrificação depende da presença de oxidantes de amônia, mas também da composição da comunidade microbiana, sendo que a sua diversidade afeta a dinâmica de N no solo. Provavelmente condições abióticas e bióticas influenciam na limitação de crescimento da comunidade de oxidantes de amônia autotróficos no Cerrado. Por exemplo a competição por amônia entre esses oxidantes autotróficos e plantas ou com microorganismos heterotróficos. Ainda a redução dissimilatória de nitrato a amônia ou a imobilização abiótica de nitrato podem influenciar o desenvolvimento daquela comunidade. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT
Interactions between soil characteristics and microbiota influence the processes in soil ecosystem, as the terrestrial N is primarily cycled by the microbiota. In the N cycle, nitrification enables plants’ access to nitrate, although N can be lost through nitrate leaching, or N trace gas emission. These N dynamics are being disturbed by climate change, land use modification and the employment of nitrogenous fertilizers. A special interest goes to the largest savanna in South America, the seasonally dry Cerrado biome, where agriculture is changing the biome landscape. Shotgun metagenomics was used to compare the functional attributes of N cycling from the soil microbiota present in two conservation parks of the Cerrado biome, 500 km distant from each other, with varying soil texture and water content. Types of vegetation sampled within each park masked the altitude and distance effects, but all samples showed higher abundance of genes for assimilation of ammonia and ammonification. This corroborates Cerrado literature of ammonia as the main soil N form. In addition, a flooded grassland presented the highest abundance of N fixation genes. Despite the detection of denitrification genes, only two hits for the nitrification process were described. Subsequently, we assessed the impact of soil management on the abundance of Archaea (AOA) and Bacteria (AOB) ammonia oxidizers by quantification of the marker gene (amoA)during different stages of soybean cultivation within the Cerrado. Molecular analysis and classic and isotope techniques exhibited higher content of organic C and NH4+-N during fallow than in the adjacent undisturbed field, and an increase in ammonia oxidizers abundance and nitrification rates in the agricultural soil than in the undisturbed site, with the lowest ammonium/nitrate ratio in tilled soil. AOB abundance was correlated with the increase in pH during soybean cultivation. Further experiments tested the effect of moisture and pH in microcosms containing Cerrado soil, and the possible nitrification inhibition in slurries assembled with a mixture of Cerrado and agricultural soil known for actively oxidizing ammonia (Craibstone soil). Nevertheless, very little NO3- accumulation was observed in Cerrado microcosms with either increasing moisture or pH, despite high ammonia concentration. Nitrification was not inhibited in the mixed soilslurries, and after 21 days it was possible to detect the activity of AOA with the quantification of amoA transcripts. Moreover, DGGE profiles showed a higher number of AOA amoA gene in the Craibstone-only slurries and similar to the mixed slurries, but lower in the Cerrado-only slurries. This was the first assessment of the N metabolism with metagenomic data and qPCR for ammonia oxidation in the Cerrado. However, the little accumulation of NO3- in the field soils or in the treated microcosms or slurries advocates that some other mechanism occurs in this ecosystem to preserve inorganic N preferentially in the NH3 form. Taken these findings together, it is likely that not only the presence of ammonia oxidizers is fundamental for nitrification to occur, but that the microbial community composition and diversity affects the direction in which N process occur in soil. Most possibly there is a correlation between abiotic and biotic conditions that limits the abundance of autotrophic ammonia oxidizers, as for example the competition for NH4+ by plants or heterotrophic microbes or through dissimilatory reduction of NO3- to NH4+.
Informações adicionais: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Microbiana, 2016.
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Aparece nas coleções:IB - Mestrado em Biologia Microbiana (Dissertações)

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