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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2007.tde-21092007-082536
Documento
Autor
Nome completo
Karina Cenciani
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2007
Orientador
Banca examinadora
Feigl, Brigitte Josefine (Presidente)
Lambais, Marcio Rodrigues
Mui, Tsai Siu
Pellizari, Vivian Helena
Piccolo, Marisa de Cassia
Título em português
Diversidade bacteriana em solos da Amazônia: variabilidade dos gêneros associados ao processo de nitrificação
Palavras-chave em português
Amazônia
Bacterias
Carbono
Nitrificação
Nitrogênio
Sequenciamento genético
Solo florestal
Resumo em português
Os solos da floresta tropical Amazônica supostamente abrigam elevada biodiversidade microbiana, visto que suportam, através da ciclagem da serapilheira, um dos ecossistemas mais exuberantes do planeta. Entretanto, as ações antrópicas de corte e queima, especialmente para o estabelecimento de pastagens, induz mudanças profundas nos ciclos biogeoquímicos, principalmente do nitrogênio. Essas mudanças se manifestam na predominância das formas do N mineral. No solo sob floresta os teores de NO3 - são semelhantes ou maiores que os de NH4 +, enquanto na pastagem praticamente não se encontra NO3 -. Pastagens mal manejadas, via de regra são abandonadas e revertem a uma vegetação secundária, ou "capoeira". As mudanças no uso da terra podem direcionar a predominância de grupos específicos de microrganismos do solo, ou ainda induzir perdas significativas da diversidade como um todo. Para avaliar a extensão do impacto sobre a comunidade microbiana, foram examinadas amostras de solo da camada superficial (0-10 cm) de uma floresta, pastagem e capoeira da região sudoeste da Amazônia. O C e o N orgânico e microbiano, o N mineral nas formas amoniacal e nítrica, as taxas de mineralização e de nitrificação, a diversidade de Bacteria por PCR-DGGE e a diversidade de bactérias oxidadoras de amônio e de nitrito por sequenciamento da região ribossomal 16S foram avaliados, durante as estações chuvosa (fevereiro) e seca (setembro) de 2004. Os resultados indicaram que a área de pastagem bem manejada continha 30 a 42% mais C orgânico do que a capoeira e 47% a mais do que a floresta ao longo do ano. O mesmo padrão foi observado para o N orgânico. O C e o N da biomassa microbiana na pastagem foram 38 e 26%, respectivamente, maiores do que nas áreas de capoeira e floresta durante a estação chuvosa. Entretanto, a falta de umidade durante a estação seca afetou mais intensivamente a biomassa microbiana da pastagem. As relações Cmic:Corg e Nmic:Norg foram reduzidas acentuadamente neste período, indicando condições impróprias para a utilização do substrato. A concentração de nitrato foi maior no solo da floresta, enquanto o amônio foi a forma de N mineral predominante na pastagem e na capoeira. As maiores taxas líquidas de mineralização e de nitrificação foram obtidas nos solos de floresta durante a estação das chuvas, enquanto nos demais sistemas os valores foram negativos ou muito baixos. A abordagem molecular por PCR-DGGE demonstrou que a estrutura das comunidades de Bacteria é distinta nos diferentes sistemas de uso da terra. As causas para as variações estão possivelmente relacionadas ao efeito conjunto da cobertura vegetal e das características químicas do solo. A diversidade de bactérias nitrificadoras, avaliada pelo sequenciamento da região ribossomal 16S, foi maior no solo sob pastagem e capoeira do que sob floresta. As seqüências de AOB encontradas apresentaram maior similaridade com as espécies Nitrosospira sp., Nitrosospira multiformis, Nitrosospira briensis, Nitrosospira tenuis, Nitrosovibrio sp., Nitrosovibrio tenuis e Nitrosolobus multiformis. A diversidade das NOB apresentou a mesma tendência de aumento da diversidade após a mudança do uso da terra para pastagens. No solo sob floresta os clones encontrados estavam relacionados a uma única espécie de Nitrobacter sp., enquanto na pastagem os clones estavam associados às sequências de Nitrobacter sp., Nitrobacter winogradsky, Nitrobacter alkalicus, Nitrobacter hamburgensis e Nitrobacter vulgaris. Por sua vez, no solo sob capoeira foram encontradas somente as espécies Nitrobacter sp. e Nitrobacter hamburgensis. A elevação do pH e das concentrações de amônio no solo pode ter contribuído para a maior diversidade de bactérias nitrificadoras nos solos sob cobertura de gramíneas, em relação à floresta nativa. Entretanto a presença dessas bactérias não resultou em aumentos do teor de NO3 - no solo, devido à sua imediata imobilização pela biomassa microbiana.
Título em inglês
Bacterial diversity in Amazonian soils: variability of the genera associated to the nitrification process
Palavras-chave em inglês
Amazonian
Bacteria
Carbon
Nitrogen
Sequencing
Soil
Resumo em inglês
Amazonian tropical forest soils are supposed to hold high microbial biodiversity, since they support by litter recycling one of the most luxuriant ecosystems. However, anthropogenic practices of slash and burn, mainly for pasture establishment, induce deep changes in the biogeochemical cycles, mainly of nitrogen. Such changes become noticeable by the predominance of distinct forms of mineral N. While in forest soils NO3 - content is higher or equal to NH4 +, in pasture soils NO3 - is hardly found. Degraded pastures are usually abandoned and turn to a secondary vegetation or "capoeira". These land-use changes may direct the predominance of specific groups of soil microorganisms, or yet induce significant losses of microbial diversity. To evaluate the extent of microbial community disturbance we analyzed samples from the upper 0-10 cm soil layer from a forest, an effectively grazed pasture and a fallow site, located in the southwest Amazonian Region. Total organic and microbial C and N, mineral N, net mineralization and nitrification rates, as well as Bacteria diversity by PCR-DGGE and AOB, NOB diversity by sequencing the 16S ribossomal region were measured twice, during the rainy (February) and dry (September) seasons 2004. Results showed that this well managed pasture site contained 30 to 42% more organic C than the capoeira and 47% more than the forest site over the year. The same pattern was observed for total N. Microbial biomass C and N in pasture soil were about 38 and 26%, respectively, higher than in fallow and forest sites during the rainy season. However, the shortage of humidity during the dry season affected the pasture microbial biomass more intensively. Corg:Cmicr and Norg:Nmicr ratios were also sharply reduced in this period, indicating improper conditions for substrate utilization. Nitrate concentration was highest in forest soil, while ammonium was the predominant form of mineral N in the pasture and capoeira sites. The highest mineralization and nitrification rates were determined in the forest soils during the wet season, while the other systems showed negative or very low values. The molecular approach by PCR-DGGE revealed that the structure of microbial communities of Bacteria Domain was different among the types of land use. The main reason for these variations is possibly related to the associated effect of land cover and chemical soil characteristics. The diversity of nitrifying bacteria, evaluated by ribosomal 16S region sequencing, was greater in the pasture and capoeira than in the forest soil. AOB 16S rDNA sequences showed more similarity to Nitrosospira sp., Nitrosospira multiformis, Nitrosospira briensis, Nitrosospira tenuis, Nitrosovibrio sp., Nitrosovibrio tenuis and Nitrosolobus multiformis species. The diversity of NOB group followed the same pattern of greater diversity after land use change to pastures. Clone sequences found in forest soil were closely related only to Nitrobacter sp., while pasture soil had clone sequences similar to Nitrobacter sp., Nitrobacter winogradsky, Nitrobacter alkalicus, Nitrobacter hamburgensis and Nitrobacter vulgaris. NOB diversity in capoeira soil was lower. Only Nitrobacter sp. and Nitrobacter hamburgensis were present. Higher pH and NH4 + concentrations may have contributed to greater diversity of nitrifying bacteria in the soils under grass cover compared to the forest site. However, the presence of these bacteria did not raise the soil NO3 - contents, due to its fast immobilization by microbial biomass.
 
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KarinaCenciani.pdf (3.12 Mbytes)
Data de Publicação
2008-01-28
 
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