Fixação biológica de nitrogênio: Entenda como acontece e os fatores que o afetam.
A exigência das leguminosas por nitrogênio é alta, devido ao alto teor de proteínas produzidas por estas plantas. A soja é o melhor exemplo, sendo uma lavoura que necessita de grandes quantidades de nitrogênio para alcançar altas produtividades, mais de 80 kg do nutriente para cada tonelada de grãos produzidos (SEIXAS et al., 2020).
A fixação biológica de nitrogênio (FBN) é um processo pelo qual certos microorganismos, como bactérias e cianobactérias, convertem o nitrogênio atmosférico (N₂) em amônia (NH₃), uma forma que pode ser utilizada pelas plantas. Este processo é essencial porque, embora o nitrogênio seja um dos nutrientes mais abundantes na atmosfera, a maioria das plantas não consegue utilizá-lo diretamente na sua forma gasosa. A FBN é realizada principalmente por bactérias simbióticas, como aquelas do gênero Rhizobium, que formam nódulos nas raízes de leguminosas, e por bactérias de vida livre, como Azotobacter e alguns tipos de cianobactérias.
Mas não é só a soja que faz fixação outras culturas como o feijão, a ervilha, o feijão-de-corda, o amendoim, a alfafa, os trevos e diversas leguminosas arbóreas utilizadas em programas de recuperação de áreas degradadas e de reflorestamento também são beneficiadas pela FBN, tanto ambientalmente como economicamente.
Como ocorre o processo de fixação biológica:
Nodulação: O primeiro passo é a nodulação As raízes liberam compostos químicos chamados de flavonoides, que são reconhecidos pelas bactérias.
A bactéria noduladora migra em direção às raízes em função de uma resposta quimiostática. Essa resposta é decorrente da atração pelos isoflavonóides e betaínas secretadas pelas raízes, esses atrativos para as bactérias, ativam enzimas, a quais induzem a transcrição de genes nod,
Infecção: As bactérias, atraídas pelos flavonoides, se aproximam das raízes da soja e começam a se multiplicar na região onde ocorre o contato. Elas invadem os pelos radiculares da planta e alcançam o córtex da raiz.Durante o contato as células dos pêlos liberam fatores de nodulação (Nod) causando seus enrolamentos
Formação dos nódulos: A invasão das bactérias leva à formação dos nódulos. Durante o crescimento do nódulo as bactérias começam a se dividir e a membrana que as envolve aumenta em superfície para
acomodar esse crescimento
Inicialmente, as bactérias continuam a se dividir e a membrana que as envolve aumenta em superfície para acomodar esse crescimento pela fusão com vesículas menores. Logo após, a partir de um sinal da planta, as bactérias param de se dividir e começam a aumentar em tamanho e a se diferenciarem em organelas endossibióticas fixadoras de nitrogênio denominadas bacterióides.
Dentro dessas estruturas, ocorre uma interação simbiótica entre a planta e as bactérias. A planta fornece carboidratos (açúcares) às bactérias, que, por sua vez, fornecem nitrogênio para a planta.
Fixação de nitrogênio: Dentro dos nódulos, as bactérias possuem enzimas chamadas nitrogenase, que são responsáveis pela fixação de nitrogênio. Elas convertem o nitrogênio atmosférico (N₂) em formas utilizáveis pelas plantas, como amônia (NH₃)
O complexo enzima nitrogenase formado por duas unidades protéicas, a Ferro-proteína (Fe-proteína) e a Molibdênio-Ferro-proteína (MoFe-proteína) são responsáveis pela fixação de nitrogênio no nódulo.
Para que ocorra a fixação biológica de nitrogênio é necessário que a nitrogenase se encontre em condições anaeróbicas. Os nódulos possuem uma heme proteína chamada de leghemoglobina que se liga ao oxigênio e que está presente em altas concentrações nos nódulos.
Então aqui entra a importância de 2 micronutrientes para a cultura, o cobalto e o molibdênio. O molibdênio faz parte da enzima nitrogenase, responsável pelo processo de FBN e da leghemoglobina, determinante da atividade dos nódulos, enquanto que o cobalto participa da vitamina B12, necessária à síntese de leghemoglobina. A baixa disponibilidade desses dois elementos no solo pode ocasionar deficiência de nitrogênio,
Na fixação biológica do nitrogênio a Ferro-proteína e a Molibidênio-Ferro-Proteína comandam as reações.
A Ferro-proteína é reduzida por um doador de elétrons. A Ferro-proteína reduzida se liga com o magnésio ATP (Mg ATP) que recebe elétrons, estes são passados para outra enzima a molibdênio
ATP (Mo ATP) e desta os elétrons são passados para o nitrogênio, transformandoo em NH3, este é liberado por difusão do bacterióide para o citosol da célula infectada.
Depois de formado, o NH3 em contato com o substrato aquoso do citoplasma dos bacteróides é transformado em NH4. As enzimas glutamina sintetase (GS) e a glutamato sintase (GOGAT) convertem o NH4 + em aminoácidos.
O principal meio de transporte de nitrogênio da soja dos nódulos para a parte aérea é na forma de ureídeos.
Esse processo todo da nodulação na soja ocorre em V2 (emergência do segundo trifólio) atingindo o auge em R2 (pleno florescimento), depois decresce. No final do ciclo as células nodulares da soja são degradadas, com remobilização de moléculas orgânicas para outras partes da planta
Fatores que afetam a fixação biológica de nitrogênio
A fixação biológica de nitrogênio é influenciada por diversos fatores, e o conhecimento dessas influências é crucial para otimizar a FBN em sistemas agrícolas e naturais. Alguns dos principais fatores que afetam a FBN incluem:
Disponibilidade de nutrientes: Além do nitrogênio, outros nutrientes essenciais, como fósforo, potássio e micronutrientes, podem afetar a taxa de fixação de nitrogênio pelas plantas e bactérias.
Condições ambientais: Fatores como temperatura, umidade do solo e pH podem afetar a atividade das bactérias diazotróficas e, consequentemente, a FBN.
Espécies de bactérias e plantas: Diferentes espécies de bactérias diazotróficas têm preferências distintas por condições ambientais e interações com plantas hospedeiras específicas.
Fertilização nitrogenada: O uso excessivo de fertilizantes nitrogenados sintéticos pode inibir a fixação de nitrogênio pelas plantas, pois elas podem se tornar dependentes das fontes externas de nitrogênio.
Competição com outros microrganismos: A competição com outros microrganismos presentes no solo pode afetar a colonização das raízes pelas bactérias diazotróficas.
Fatores que afetam o processo de fixação biológica
Em condições de clima tropical, os principais fatores abióticos que afetam a FBN são:
- acidez do solo,
- toxidez de alumínio,
- salinidade e baixa
- fertilidade do solo,
- disponibilidade de N mineral,
- deficiência de nutrientes como fósforo e molibdênio,
- altas temperaturas no solo,
- luminosidade e baixa precipitação pluviométrica
Com relação aos fatores bióticos temos:
- o tipo de inóculo e a via de inoculação
- a seleção de cultivares apropriados que influencia decisivamente sobre as entradas de nitrogênio nos sistemas agrícolas
- o controle de pestes e enfermidades que afetam o vigor da planta e o seu potencial de crescimento
- competitividade, sobrevivência saprofítica,
- presença de antagonistas .
Esses fatores bióticos são determinados pelas interações sinergísticas ou antagônicas com os outros representantes da biota do solo e com o próprio rizóbio, na sobrevivência e competição pela nodulação da planta hospedeira (Straliotto & Rumjanek, 1999).
Esses fatores limitantes podem atuar sobre a bactéria e sobre o hospedeiro, afetando a simbiose, e seus efeitos também podem variar, dependendo das espécies de simbiontes envolvidas.
Os fatores abióticos alteram quantitativa e qualitativamente a população de rizóbio no solo. A colonização e a sobrevivência de estirpes introduzidas no solo, bem como a alta capacidade competitiva por sítios de infecção nodular em relação às estirpes naturalizadas, vem se constituindo em uma das maiores preocupações dos rizobiologistas.
Conclusão
A fixação biológica de nitrogênio é um processo essencial para a vida no planeta Terra. Através da ação de bactérias diazotróficas, o nitrogênio atmosférico é convertido em formas químicas utilizáveis por plantas e outros organismos, enriquecendo os ecossistemas com esse importante nutriente. A FBN oferece benefícios significativos, incluindo redução da dependência de fertilizantes sintéticos, aumento da sustentabilidade agrícola e enriquecimento de ecossistemas aquáticos. No entanto, é essencial entender os fatores que afetam esse processo para otimizar sua aplicação em sistemas agrícolas e naturais, promovendo a produtividade e a saúde dos ecossistemas em geral.
.