Boas Práticas Agrícolas
Aproveitando o poder da fixação biológica de nitrogênio | Parte 3
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Uma abordagem para aumentar a fixação biológica de nitrogênio, em culturas não leguminosas, é impulsionar a contribuição das bactérias fixadoras de nitrogênio de vida livre e associativas. Vários gêneros de bactérias fixadoras de nitrogênio são conhecidos por se associar com culturas de gramíneas, como milho e trigo. Se a quantidade de nitrogênio fixado por essas bactérias, em sistemas agrícolas, pudesse ser aumentada, isso poderia reduzir a necessidade de fertilizantes nitrogenados sintéticos.
A utilização de bactérias fixadoras de nitrogênio não simbióticas, na produção de culturas, não é uma ideia nova. O primeiro inoculante comercial utilizando uma espécie de bactéria de vida livre foi o Azotogen (Azotobacter chroococcum), introduzido em 1946 (Timonin, 1949). Todavia, diversos desafios limitaram o valor e a adoção de biofertilizantes à base de microrganismos. Alguns desses desafios estão relacionados à produção, ao manuseio e à aplicação desses produtos — trabalhar com organismos vivos é muito diferente de manusear produtos químicos convencionais. Outros desafios decorrem da dificuldade de estabelecer microrganismos em um ambiente diversificado e dinâmico, onde eles precisam competir com outros organismos que já estão bem adaptados a esse ambiente (Roper e Gupta, 2016; Soumare et al.,2020).
Ao explorar maneiras de aumentar a fixação de nitrogênio não simbiótica, é útil primeiro examinar o que torna os diazotróficos simbióticos, como os rizóbios, tão bons em fixarem grandes quantidades de nitrogênio. Os rizóbios colonizam as raízes das leguminosas por meio de um processo altamente regulado de troca de sinais entre as bactérias e a planta hospedeira. Quando o nitrogênio disponível no solo é limitado, as leguminosas liberam flavonoides, os quais sinalizam, para os rizóbios, que a planta está em busca de bactérias simbióticas. Em resposta, os rizóbios liberam fatores de nodulação (fatores Nod), os quais estimulam a planta a criar pelos radiculares deformados, criando um caminho de entrada para as bactérias. Uma vez que os rizóbios estão dentro das células radiculares, estas sofrem uma divisão celular rápida, formando um nódulo.
O nódulo fornece às bactérias duas coisas importantes que elas precisam para fixar nitrogênio: uma fonte de energia e um ambiente anaeróbio. Os rizóbios conseguem fixar uma grande quantidade de nitrogênio, porque as plantas hospedeiras lhes fornecem a energia necessária para isso. A energia para dividir o gás nitrogênio no nódulo vem do açúcar produzido pela fotossíntese, que é translocado das folhas da planta. Um ambiente anaeróbio é necessário para o funcionamento da nitrogenase, pois esta é altamente sensível ao oxigênio, o qual inativa e degrada irreversivelmente a enzima. O nódulo proporciona às bactérias esse ambiente. Ademais, contém leghemoglobina, uma proteína que contém ferro e se liga ao oxigênio, facilitando sua difusão para uso na respiração celular. A leghemoglobina é o que dá aos nódulos radiculares sua cor interna avermelhada característica.
Nódulos que estão ativamente fixando nitrogênio atmosférico terão uma cor rosa ou vermelha quando cortados. A cor vermelha é causada pela leghemoglobina, uma proteína que se liga ao oxigênio e o torna disponível para a respiração celular, ao mesmo tempo que evita a degradação da nitrogenase. Foto: Manitoba Pulse & Soybean Growers.
Os diazotróficos não simbióticos não desfrutam do mesmo ambiente otimizado para a fixação de nitrogênio que os simbióticos; contudo, eles ainda podem obter algumas vantagens ao se associar com plantas. A rizosfera das plantas fornece um ambiente favorável para a proliferação microbiana, em comparação com o solo em geral, devido à secreção de exsudatos radiculares ricos em açúcares, ácidos orgânicos e aminoácidos, os quais as bactérias podem usar como fonte de energia. Os exsudatos radiculares de diferentes plantas podem favorecer diferentes tipos de bactérias, e vários gêneros são conhecidos por se associar às raízes do milho.