Fixação Biológica do Nitrogênio em FeijoeiroFeijoeiro

Caio FortesDaniel RochaProf. Juliano Cury

Introdução• Originário das Américas, com centros de origem e domesticação na

Mesoámerica (México-Guatemala);

• Cultivo traçado há mais de 7000 anos entre os nativos do Peru;

• Áreas de domesticação e diferenciação ocorrem em altitudes entre 500 e 1800m, e alguns tipos selvagens são registrados próximos a 1200m;1800m, e alguns tipos selvagens são registrados próximos a 1200m;

• Os feijoeiros provenientes desses materiais apresentam grande amplitude de características morfológicas e fisiológicas;

Introdução• Do Brasil, em uma rota inversa à do tráfico de escravos, P. vulgaris chegou à

África, e em tempos anteriores, à Ásia, via Filipinas;

• No século XVI, foi introduzido na Europa e, na Califórnia, veio por intermédio dos espanhóis, trazido da América Central;

• È a leguminosa mais importante para a alimentação humana;• È a leguminosa mais importante para a alimentação humana;

• Para alguns o feijoeiro deveriam ser reclassificados como uma Fabaceae, mais ainda prevalecem a classificação anterior como uma Leguminosaea

Introdução• Classificação:

� Angiospermae� Classe Dicotyledoneae� Ordem Rosales� Família Leguminosae� Gênero Phaseolus� Espécie Phaseolus vulgaris L.

• A forma silvestre Phaseolus aborigineus é considerada a ancestral das atuais formas cultivadas, reclassificada como P. vulgaris L. , encontrada na Argentina;

• Phaseolus contém mais de uma centena de espécies,

• P. vulgaris L., P. coccineus L., P. acutifoius L., Gray var. latifolius Freeman e P.

lunatus var. lunatos são cultivadas comercialmente;

Tabela 1 - Mundo – “Feijão Seco” em grãos – Evolução das Produções nos 20 Principais Países Produtores (em mil toneladas).

Tabela 2 – Brasil – Safra 2012/13 x 2011/12– Evolução da Área, Produção da 2º Colheita e Produtividade por Estado.

Introdução• A cultura do feijoeiro no Brasil está presente na maioria dos sistemas de

produção, principalmente naqueles vinculados à agricultura familiar;

• O N necessário à cultura pode provir de três fontes: o solo, incluindo a MO e uma pequena fração resultante da decomposição de rochas, os fertilizantes e a FBN.

• A inoculação dos rizóbios, fixadores de nitrogênio atmosférico, é uma alternativa que pode substituir parcialmente a adubação nitrogenada no feijoeiro;

• Os fertilizantes nitrogenados, além de apresentarem um custo elevado, contribuem para a poluição de rios e lagos;

Introdução

• O N atmosférico disponível não é quebrado por nenhuma planta ou animal, mais apenas por algumas bactérias, incluindo os rizóbios;

• A inoculação das sementes de feijoeiro podem contribuir para reverter o quadro de queda de produção e produtividade no país;

• Porém é limitada devido a fatores intrínsecos da planta e das estirpes do rizóbio;

• O fornecimento do N via fixação poderia aumentar a produtividade média além de contribuir para a preservação da fertilidade do solo;

Introdução• Com a adequação do sistema, o feijoeiro nodulado pode acumular N nos

tecidos em quantidades comparáveis às plantas recebendo N mineral;

• Produtividades de até 2500kg/há em solos com baixo teor de N;

Figura 1 – Efeito de estirpes de Rh. Tropici na produção de feijão. Adaptado de Hungria, Campo e Mendes, 2003. Média 6 ensaios, 2 locais. Fonte ANPII.

Taxonomia Rizóbio• Inicialmente baseado em características fenotípicas, principalmente na

habilidade de nodulação;

• Origem do conceito de “grupos de inoculação cruzada”, resultando no princípio de especificidade;

• Os agrupamentos são determinados comparando algumas características das bactérias;

• È fundamental o acompanhamento e atualização com as correntes taxonômicas, onde apenas 12% das espécies de bactérias são conhecidas.

Taxonomia Rizóbio Feijoeiro• O avanço nas técnicas de biologia molecular permitiu demonstrar claramente

as diferenças fisiológicas e genéticas entre elas, surgindo a sua separação;

• Essas e outras diferenças deram origem a uma nova espécie, R. tropici;

Espécies de Rizóbio para Feijoeiro Descritas

• A diferença entre elas ainda é muito discutida e confusa, os testes empregados não conseguem distinguir claramente as diferenças.

Espécies de Rizóbio para Feijoeiro Descritas

Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoli

Rhizobium etli

Rhizobium tropici Tipo IIA e Tipo II B

Tabela 3 – Espécies de Rizóbio para feijoeiro.

Formação e Funcionamento• Múltiplas etapas, além da expressão de genes específicos da planta

hospedeira e da bactéria;

• Liberação de compostos exsudados pela planta com ação quimiotática sobre o rizóbio;

• Bactérias se aderem aos pêlos radiculares das plantas em sítios específicos, e as demais aderem às que já estão presas aos pêlos radiculares;

• Sugere-se que as lectinas da planta atuam no reconhecimento do rizóbiointeragindo com os polissacarídeos da superfície celular do rizóbio.

Formação e Funcionamento• Há relatos também, sobre o envolvimento de adesinas, fibrilas das bactérias e

interações físico-químicas na adesão das bactérias;

• Apenas uma pequena proporção das bactérias presentes no meio é capaz de aderir às raízes, de 0,4 a 15%;

• Sua capacidade de adesão é um dos fatores determinantes de sua • Sua capacidade de adesão é um dos fatores determinantes de sua competitividade;

• São fatores que determinam essa adesão o estádio de crescimento da bactéria, zonas radiculares mais susceptíveis por exemplo;

Formação e Funcionamento• A sequência da nodulação ocorre simultaneamente com a adesão, a troca de

sinais moleculares entre a planta e o microssimbionte;

• Inicia com a exsudação, pela planta, das moléculas indutoras do gene nod, identificadas em diversas leguminosas, como compostos fenólicos, identificadas em diversas leguminosas, como compostos fenólicos, flavonóides e betaínas;

• Quando esses alelos sofrem mutações, em R. tropici, abole completamente a nodulação em algumas espécies e reduz em outras;

Formação e Funcionamento• Foram obtidas evidências , também, de que a nodulação inicial do feijoeiro

pode estar limitada pela disponibilidade dos indutores exsudados;

• Na análise, constatou-se que aquelas que exsudavam maior quantidade de indutores apresentavam maior massa nodular e N total acumulado na parte aérea;aérea;

• Os indutores da raiz, embora exsudados em quantidade menores do que os das sementes, são muito mais ativos;

• Efeito sinergístico entre eles criando uma zona altamente susceptível à nodulação na região da coroa.

Formação e Funcionamento

• Posteriormente, os genes nod conduzem o rizóbio à síntese de moléculas responsáveis por alterações citológicas e no fenótipo das raízes;

• Na sequência os rizóbios penetram na raiz, pela extremidade do pêloradicular;radicular;

• Formação do cordão de infecção, por onde as bactérias proliferam;

• Promovem uma deformação e incremento no número dos pêlos radiculares;

Formação e Funcionamento• Ao mesmo tempo, as células do córtex externo começam a se dividir, dando

inicio a formação dos primórdios dos nódulos;

• Penetração dos cordões de infecção nesses nódulos;

• As bactérias são liberadas no citoplasma dos nódulos envolvidas por uma membrana;membrana;

• Diferenciação dos primórdios em nódulos e das bactérias em bacteróides;

• Quando o nódulo está formado, são sintetizadas as enzimas relacionadas com a quebra da tríplice ligação do N atmosférico e com a assimilação do nitrogênio fixado, iniciando-se o processo de fixação.

Formação e Funcionamento• Para o correto funcionamento do processo, é necessário a expressão gênica

coordenada do microssimbionte e da planta hospedeira;

• Outro mecanismo para o sucesso do processo é o eficiente controle das concentrações de O² nos nódulos;

• Quando em excesso pode inativar irreversivelmente a nitrogenase;

• A formação dos primeiros nódulos no feijoeiro é independente de fotossintatoscorrentes.

Formação e Funcionamento

Formação e Funcionamento• A associação simbiótica em feijão comum necessita de uma dose de arranque

(40 kg ha-1 de N) para a obtenção de produtividade economicamente aceitável;

• O sucesso na formação de uma simbiose funcional é dependente de muitos fatores não sequenciais tais como: físicos, ambientais (umidade, temperatura, intensidade da luz), nutricionais e biológicos (HUNGRIA et al. 1991);intensidade da luz), nutricionais e biológicos (HUNGRIA et al. 1991);

• Segundo SPRENT e SPRENT (1990), é necessário que haja disponibilidade de N combinado para crescimento do rizóbio até o inicio da fixação de N;

Formação e Funcionamento• Em estudos realizado por SUMMERFIEL et al. (1997) e HUXLEY (1980),

constatou-se que baixas doses de N combinado beneficiam a nodulação, fixação, e produção do feijão;

Assimilação• A assimilação da amônia resultante do processo de FBN ocorre pela ação da

glutamina sintetase e da glutamato sintase;

• A assimilação do N nos nódulos prossegue com a síntese de ureídos, representantes da maior fração de N na seiva do xilema de feijoeiro nodulado;

• Podem representar até 90% do N transportado;

• Tanto a cultivar do feijoeiro como a estirpe de rizóbio podem afetar o metabolismo de ureídos, sendo positivas e significativas entre o teor de ureídos e o N total fixado.

Eficiência• Diversos são os fatores que podem influenciar na eficiência da

FBN pelo feijoeiro.

• Quanto a planta hospedeira:

� Variabilidade entre genótipos;� Variabilidade entre genótipos;� Restrição a nodulação.

• Quanto a bactéria:

� Eficiência da FBN em feijoeiro;� Variabilidade entre as espécies e as estirpes de Rizóbio do feijoeiro;� Interação entre bactéria e planta hospedeira

Eficiência

• Quanto aos fatores ambientais:

� Temperatura;� Estresse hídrico;� N mineral;� Acidez do solo, toxicidade por Al e Mn e deficiência de Ca, Mg,

P e Mo;� Outros fatores.

Conclusão

• A simbiose com o feijoeiro é muito complexa.

• Mesmo com baixo poder competitivo é viável a utilização de inoculantes de maior eficiência

• Diversos experimentos mostram claramente que a inoculação e um suplemento de N mineral(40 kg/ha) é suficiente para antingir produtividades equivalentes às plantas recebendo doses de N que na prática são inviáveis(150-200 kg/ha)

• É necessário maiores estudos com estirpes nativas.

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• Fonte: Embrapa solos

DUVIDAS ??