Quais organismos são responsáveis pela fixação de nitrogênio em plantas leguminosas?

O nitrogênio é encontrado na forma de N2 na atmosfera e é o principal componente do ar, correspondendo a cerca de 78% de sua composição. Apesar de sua grande disponibilidade, poucas espécies são capazes de utilizá-lo dessa forma, sendo essa uma capacidade atribuída a alguns tipos de bactérias e cianobactérias.

A capacidade de capturar o N2 é essencial para garantir que esse elemento consiga completar seu ciclo entre os componentes vivos e físico-químicos do planeta. Nos componentes vivos, o nitrogênio é fundamental, pois faz parte da constituição de proteínas e ácidos nucleicos. Vale destacar também que sua deficiência no solo desencadeia problemas graves na agricultura.

Os animais conseguem utilizar o nitrogênio na forma de compostos orgânicos, tais como aminoácidos e proteínas. As plantas e algas, por sua vez, utilizam o nitrogênio na forma de íons nitrato (NO3-) ou íons amônio. O ciclo do nitrogênio assegura que esse elemento interaja com os organismos vivos e com o ambiente físico-químico.

→ Etapas do Ciclo do Nitrogênio

O ciclo do nitrogênio começa com a transformação do N2 da atmosfera em outros compostos nitrogenados. Essa transformação é denominada de processo de fixação, que pode ser físico, industrial ou biológico. A fixação física do nitrogênio ocorre quando faíscas elétricas ou relâmpagos entram em contato com o nitrogênio, o que causa a formação de amônia. A fixação industrial é realizada em fábricas. A fixação biológica ou biofixação, por sua vez, é a fixação de nitrogênio por micro-organismos, sendo essa a forma mais comum de fixação. Nesse tipo de fixação, bactérias podem converter o nitrogênio gasoso em amônia (NH3) ou íons amônio (NH4+).

Na fixação biológica, destaca-se a ação das bactérias do gênero Rhizobium. Bactérias desse gênero associam-se a plantas leguminosas, vivendo em nódulos de suas raízes. Essa relação estabelecida é um tipo de mutualismo, uma vez que ambas são beneficiadas. Enquanto as plantas fornecem proteção e alimento, as bactérias fornecem-lhe o nitrogênio. Ao morrerem, essas plantas liberam o nitrogênio de suas moléculas orgânicas na forma de amônia (NH3).

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O nitrogênio pode ainda ser oxidado em nitritos e nitratos, em um processo conhecido como nitrificação, que conta com a ajuda de bactérias nitrificantes (Nitrosomonas e Nitrobacter). O processo de nitrificação pode ser dividido em duas etapas: a nitrosação, em que atua a bactéria do gênero Nitrosomonas, e a nitratação, em que atua a bactéria do gênero Nitrobacter. Na nitrosação, a amônia é convertida em nitrito (No2-); na nitratação, os íons nitrito são transformados em nitrato (NO3-). Veja a seguir as reações químicas dessas etapas:

Nitrosação: 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 2H+

Nitratação: 2NO2- + O2 → 2NO3-

Os compostos inorgânicos de nitrogênio liberados no solo são absorvidos e convertidos pelas plantas, algas e algumas bactérias em compostos orgânicos, que passam a estar disponíveis na cadeia alimentar. Nas plantas, o nitrato ajuda na síntese de aminoácidos e bases nitrogenadas.

Os animais utilizam os compostos orgânicos, os quais são obtidos na alimentação, e liberam-nos na forma de excretas. No processo de decomposição, os compostos orgânicos podem ainda sofrer ação de bactérias que os convertem em nitrato, amônia ou até mesmo nitrogênio, capaz de retornar à atmosfera. Caso o nitrogênio siga o caminho de devolução para a atmosfera, diz-se que ocorreu um processo de desnitrificação, o qual é realizado pelas bactérias desnitrificantes.

A adubação nitrogenada por meio de fertilizantes minerais é um dos fatores que mais aumentam os custos de produção, além de contribuir com a emissão de gases poluentes. Para mudar esse cenário, a fixação biológica de nitrogênio mostra-se como uma alternativa economicamente viável e sustentável à produção agrícola.

Este processo tecnológico faz parte do Plano Setorial de Mitigação e de Adaptação às Mudanças Climáticas, visando à consolidação de uma economia de Baixa Emissão de Carbono na Agricultura. O Brasil assumiu a responsabilidade de reduzir suas emissões de gases de efeito estufa entre 36,1% e 38,9%, como parte do compromisso internacional.

Neste artigo, vamos explicar como a fixação biológica de nutrientes pode te ajudar nessa missão e contribuir com a redução de custos e o aumento de produtividade. Acompanhe!

Como é feita a fixação biológica de nitrogênio?

Apesar do gás de nitrogênio representar 78% da composição atmosférica, os organismos vivos – como as plantas – não conseguem absorvê-lo diretamente do ar, o que representa um fator limitante para a produção agrícola.

A fixação biológica de nitrogênio é uma das alternativas para disponibilizar esse nutriente essencial às plantas. Trata-se de um processo natural de interação planta-bactéria, que incorpora o nitrogênio disponível no ar ao mecanismo de nutrição das plantas.

Esse processo é mediado por procariotos (bactérias) que possuem um complexo enzimático denominado nitrogenase. As bactérias fixadoras biológicas de nitrogênio participam na circulação do nutriente através dos ecossistemas, capturando-o do ar e ajustando-se às necessidades das plantas

Nesse processo, ocorre a transformação do nitrogênio do ar (N2 ) – forma quimicamente estável do nitrogênio (N) – em estruturas assimiláveis pelas culturas agrícolas. De maneira simplificada, as bactérias retiram-no do ar como gás e libertam-no no solo.

No entanto, o processo não ocorre da mesma forma em plantas leguminosas – como soja e feijão – e nas gramíneas – como milho e arroz. Nas leguminosas, a fixação ocorre a partir da formação de estruturas radiculares conhecidas como nódulos. Já nas gramíneas, a fixação biológica de nutrientes é realizada por bactérias que vivem próximas às raízes ou no interior dos tecidos do vegetal.

Quais os benefícios?

A fixação biológica de nitrogênio é considerada uma das alternativas com melhor custo-benefício para a substituição do uso de nitrogênio mineral, considerando os custos e impactos ambientais. Sendo assim, a prática oferece importantes benefícios para o produtos, como:

• Economia em nitrogênio mineral; 
• Redução no custo de produção; 
• Maior competitividade no mercado devido à sustentabilidade.

Como realizar a fixação biológica de nitrogênio em sua lavoura?

Na prática, existem duas maneiras para promover a fixação biológica de nitrogênio: por meio de culturas de cobertura e aumento da matéria orgânica presente no solo. Entenda melhor como cada uma delas contribui com esse processo!

Cultura de cobertura

Normalmente, as culturas de cobertura são utilizadas com a finalidade de criar uma camada de proteção no solo e melhorar a infiltração de água. No entanto, muitas leguminosas que são cultivadas como cultura de cobertura conseguem realizar a fixação biológica de nitrogênio.

Isso porque, como já citamos, nas leguminosas ocorre a formação de nódulos, nos quais se dá a fixação. Ou seja, o uso de leguminosas como adubos verdes permitem que haja a fixação de nitrogênio, fornecendo o nutriente para o solo e melhorando suas propriedades físicas, químicas e biológicas.

Matéria orgânica

Cerca de 90% da fixação biológica de nitrogênio natural que ocorre no planeta é biótica e acontece graças às bactérias presentes no solo. No entanto, na grande maioria das vezes, a quantidade desses microrganismos no solo não é suficiente para favorecer a produtividade agrícola.

É necessário adotar práticas que favoreçam a proliferação e a atividade desses microrganismos. A inoculação pode ser feita por meio de produtos formulados com grande presença de matéria orgânica, visando aumentar a presença das bactérias que farão a fixação biológica do nitrogênio.

Como os organominerais contribuem com a fixação biológica?

Para realizar a fixação biológica de nitrogênio, as bactérias necessitam de material energético. A matéria orgânica, junto com a água e oxigênio, é a principal fonte de energia para manter esses microrganismos vivos e ativos no solo.

Como a grande maioria dos solos brasileiros apresenta baixa quantidade de matéria orgânica, é necessário a utilização de insumos que favoreçam a microbiologia do solo. Os organominerais são ricos em matéria orgânica e podem ser grandes aliados para promover a atividade das bactérias responsáveis pela fixação biológica de nitrogênio.

A matéria orgânica fornecida por essa classe de fertilizantes atua como o combustível para preservar a vida e favorece o desenvolvimento de microrganismos benéficos para diferentes culturas.

A criação de um solo propício para as bactérias ocorre devido  aos demais benefícios que os organominerais oferecem ao solo. Esses insumos melhoram as propriedades físicas, químicas e biológicas, contribuindo para a construção de solos férteis, equilibrados, com boa porosidade e disponibilidade de nutrientes.
Quer saber mais sobre os benefícios dos organominerais? Acesse nosso blog e confira mais conteúdos!

Como ocorre a fixação do nitrogênio em plantas leguminosas?

Quais organismos realizam a fixação do nitrogenio?

Qual leguminosa fixa mais nitrogênio?

Quais são os principais nutrientes que influenciam positivamente a fixação de N2 atmosférico em leguminosas?