As áreas alagáveis naturais representam a mais importante fonte não-antropogênica de metano (CH4), com emissões estimadas entre 177 a 284 Tg ano-1, representando de 26 a 42% das emissões globais de CH4. A bacia do Rio Amazonas cobre uma grande porção dos trópicos úmidos, e a rede de drenagem deste rio excede a extensão de mais de um milhão de quilômetros quadrados. As grandes várzeas da bacia Amazônica são as maiores fontes naturais de CH4 desta região e estima-se que sua contribuição para as emissões totais de áreas alagadas no mundo seja na ordem de 5%. O CH4 produzido nas zonas anaeróbicas dos sedimentos por arquéias metanogênicas pode ser oxidado a CO2 pelos microrganismos metanotróficos. Com base na hipótese de que o fluxo de CH4 se altera sazonalmente em áreas alagáveis e que a microbiota presente está diretamente relacionada a esse processo, o presente estudo teve como objetivo geral avaliar a dinâmica dos genes funcionais envolvidos no ciclo do CH4 em épocas contrastantes, correlacionando com o fluxo do gás, variáveis ambientais e perfil taxonômico de Bacteria e Archaea em sedimentos de três áreas alagáveis e solo de floresta primária, da Amazônia Oriental (Belterra e Santarém-PA). Foram realizadas amostragem de gases, sedimentos e solo em duas épocas contrastantes (maio e outubro de 2016 - cheia e seca), para determinação da concentração de CH4 retido no sedimento durante a época cheia, cálculo do fluxo de CH4 durante a época seca, análises físico-químicas e extração de DNA dos sedimentos e solo para realização da qPCR dos genes funcionais mcrA e pmoA e dos genes marcadores filogenéticos 16S rRNA de Bacteria e Archaea, e sequenciamento do gene 16S rRNA de Bacteria e Archaea. A partir das amostragens de gases, foi possível observar que as áreas alagáveis possuem potencial de atuarem como fonte de CH4 durante a época cheia, e como fonte ou dreno de metano durante a época seca, confirmado pelas análises de qPCR, uma vez que a abundância do gene pmoA aumenta durante a época seca. Já no solo de floresta, o gene mcrA foi considerado como não detectado, portanto, a floresta pode ser considerada somente como potencial dreno de CH4. O estimador ACE e o índice Shannon mostraram que os sedimentos de áreas alagáveis possuem maior riqueza e diversidade de Bacteria e Archaea quando comparados ao solo de floresta. Todas as áreas apresentaram perfis taxonômicos do domínio Bacteria semelhantes, porém, a grande diferença entre as comunidades está relacionada ao domínio Archaea. A comunidade de arqueias no solo de floresta é majoritariamente composta por representantes do filo Thaumarchaeota. O solo de floresta apresentou baixa abundância dos filos potencialmente produtores de CH4, Bathyarchaeota e Euryarchaeota, e o contrário foi observado nas áreas alagáveis. Os dados gerados no presente estudo incentivam a continuidade de trabalhos relacionados ao ciclo do CH4 em áreas alagáveis da bacia Amazônica, incluindo investigações acerca do papel do filo Bathyarchaeota nessas áreas, principalmente em relação ao ciclo do CH4 / Natural wetlands represent the most important non-anthropogenic source of methane (CH4), with emissions estimated of 177-284 Tg year-1, accounting for 26-42% of global CH4 emissions. The Amazon basin covers a large portion of the humid tropics, and the drainage network of this river exceeds the extent of more than one million square kilometers. The wetlands of the Amazon basin are the largest natural sources of CH4 in this region and it is estimated that their contribution to the total emissions of wetlands in the world is around 5%. The CH4 produced in the anaerobic zones of the sediments by methanogenic archaea can be oxidized to CO2 by the methanotrophic microorganisms. Based on the hypothesis that methane flux changes seasonally in wetlands and its microbiota is directly related to this process, this research has the main objective to evaluate the dynamics of the functional genes involved in the CH4 cycle in contrasting seasons, correlating with the CH4 flux, environmental variables and taxonomic profile of Bacteria and Archaea in three wetlands and one primary forest of the Eastern Amazon (Belterra and Santarém-PA). The sampling of gas, sediments and soil was performed in May and October 2016 (wet and dry seasons) to determine the concentration of CH4 retained in the sediment in the wet season, measurement of CH4 flux in the dry season, physicochemical properties and molecular analysis (qPCR of the mcrA, pmoA functional genes and phylogenetic marker genes 16S rRNA of Bacteria and Archaea and sequencing of the 16S rRNA gene of Bacteria and Archaea). From gas samplings, it was possible to observe that wetlands have the potential to act as source of CH4 during the wet season, and as a source or drain of CH4 during the dry season, confirmed by qPCR analyzes, due the abundance increases of the pmoA gene during the dry season. In the forest soil, the mcrA gene was not detected, therefore, the forest could be considered only as CH4 drain potential. The ACE estimator and the Shannon index showed that the sediments of wetlands have higher richness and diversity of Bacteria and Archaea when compared to the forest soil. All areas presented similar taxonomic profiles of Bacteria, however, the main difference between the communities is related to the Archaea. The archaeal community in the forest soil is mostly composed of representatives of the phylum Thaumarchaeota. The forest soil presented low abundance of the phyla with potential CH4 producers, Bathyarchaeota and Euryarchaeota, however the opposite was observed in the wetlands. The data generated in the present study encourage the continuity of work related to the CH4 cycle in wetlands of the Amazon basin, including investigations about the role of the Bathyarchaeota phylum in these areas, especially in relation to the CH4 cycle

Terra Preta Antropogênica (TPA) é um dos tipos de solos mais \"férteis\" do mundo. A TPA recebe esta denominação por ser encontrada em sítios arqueológicos onde viveram grupos pré-históricos. São pequenas faixas de solos que apresentam altas concentrações de nutrientes, matéria orgânica e encontram-se distribuídas aleatoriamente pela região Amazônica. A verdadeira origem destes solos ainda não está bem esclarecida. Devido à falta de informações sobre sua diversidade bacteriana, este trabalho estudou a diversidade bacteriana em amostras de solos TPA coletadas em duas regiões: Lagoa Balbina - sítio Terra preta (Amazônia Central- Amazonas) e Floresta Nacional de Caxiuanã - sítio arqueológico Mina I (Amazônia Oriental - Pará), através de técnicas moleculares independentes de cultivo. O DNA genômico total das amostras de solo foi extraído e usado como molde em uma reação de PCR utilizando oligonucleotídeos específicos do gene 16S rRNA para o Domínio Bactéria. O produto de PCR amplificado foi clonado no vetor pGEM-T e 980 clones foram selecionados e comparados com o banco de dados de 16S rRNA do RDP II e GenBank (NCBI-EUA). Os resultados apresentaram predominância com microrganismos não-conhecidos representando 41,6 % das seqüências de solo TPA- Balbina, 68,3 % das seqüências de ADJ-Balbina, 84,8% das seqüências de solo TPAMina e 47,7 % das seqüências de ADJ-Mina. O filo mais predominante nas amostras TPABalbina foi Firmicutes, representando 37,1% do total de seqüências analisadas. Os filos em destaque foram Proteobacteria (9,6%), seguidos de Verrucomicrobia (5,6%), Acidobacteria (2,5%), Gemmatimonadetes (2,5%), Actinobacteria (0,5%) e Nitrospira (0,5%). Por outro lado, em ADJ-Balbina destacaram-se os filos Proteobacteria 15,1%, Acidobacteria (12,5%), Firmicutes (2,3%), Nitrospira (1,1%) e Verrucomicrobia (0,8%). Em TPA-Mina, os filos apresentados foram Proteobacteria (6,5%), Acidobacteria (4,7%), Firmicutes (1,4%), Nitrospira (1,1%), Planctomycetes (1,1%) e Verrucomicrobia (0,4%). Contudo, na biblioteca ADJ-Mina verificou a presença dos filos Acidobacteria (27,2%), Proteobacteria (14,2%), Firmicutes (3,8%), Verrucomicrobia (3,8%), Nitrospira (1,3%), Planctomycetes (1,3%), Actinobacteria (0,4%) e Gemmatimonadetes (0,4%). O pH do solo pode ser um dos atributos do solo que pode ter influência direta na diversidade bacteriana dos solos estudados, assim como pode ter efeito uma floresta natural sobre as populações microbianas em seu solo, fato observado na adjacência do solo Terra Preta em Caxiuanã - PA. A estimativa da riqueza de UTOs pelo Bootstrap corroborou diretamente os valores de diversidade obtidos pelos índices de Simpson e Shannon. De um modo geral, uma maior probabilidade de ocorrência de UTOs únicas empregadas pelo estimador Jackknife se correlacionou com uma maior percentagem de baixas frequências de filotipos nas quatro bibliotecas. Os métodos não-paramétricos ACE e Chao1 para a estimativa da riqueza de UTOs também corroboraram com os valores obtidos com o estimador Jackknife. / Anthropogenic Dark Earth (ADE) is one of the most fertile soils in the world. ADE soils have received this nomination due to the pre-historical origin of these archaeological sites, established by pre-colombian populations. ADEs are small areas of soil which present high nutrient and organic matter contents and are randomly distributed throughout the Amazonian region. The true origin of these soils is not known yet. Due to the lack of information concerning the bacterial diversity, this work studied the bacterial diversity in ADE soils collected from two regions: Lagoa Balbina - site Terra Preta (Central Amazonia- Amazonas state) and National Forest of Caxiuanã - archaeological site Mina I (Oriental Amazonia - Pará state), using culture-independent molecular techniques. The total genomic DNAs extracted from the soil samples were used as templates in the PCR reactions using the universal primers for the 16S rRNA bacterial gene. The PCR-products were cloned into the pGEM-T vector and 980 clones were selected and searched using the GenBank (NCBI-USA) and the RDP II program. Data analyses indicated predominance of unknown microorganisms, representing 41.6 % among the sequences from ADE-Balbina, 68.3 % from Adjacent-Balbina, 84.8% from ADE-Mina and 47.7 % from Adjacent-Mina. The predominant phylum in ADEBalbina was Firmicutes, representing 37.1% of the total sequences from that site, followed by Proteobacteria (9.6%), Verrucomicrobia (5.6%) Acidobacteria (2,5%), Gemmatimonadetes (2,5%), Actinobacteria (0,5%) and Nitrospira (0.5%). On the other hand, in the adjacent soil ADJ-Balbina, the predominant phylla were Proteobacteria (15.1%), Acidobacteria (12.5%), Firmicutes (2.3%), Nitrospira (1.1%) and Verrucomicrobia (0.8%). In the Oriental Amazon, the prevalent phylla from the ADE-Mina soil were Proteobacteria (6.5%), Acidobacteria (4.7%), Firmicutes (1.4%), Nitrospira (1.1%), Planctomycetes (1.1%) and Verrucomicrobia (0.4%). In the ADJ-Mina verificou a presença dos filos Acidobacteria 27.2%, Proteobacteria 14.2%, Firmicutes 3.8%, Verrucomicrobia 3.8%, Nitrospira 1.3%, Planctomycetes 1.3%, Actinobacteria 0.4% e Gemmatimonadetes 0.4%. The soil pH may be of the soil attributes which may have directly influenced the bacterial diversity in those soils, as well as the above-ground vegetation from the natural forest in Caxiuanã-Pará. The estimates of the Operational Taxonomic Units (OTUs) richness using Bootstrap directly corroborated the diversity values obtained from the Simpson and Shannon indexes. Unique UTOs using Jackknife estimator were correlated with a higher percentage of the low frequencies of phylla in all the four clone libraries. The nonparametric ACE and Chao1 methods to estimate the OTUs richness also corroborated the Jackknife values.

Orientador: Marli Teixeira de Almeida Minhoni / Resumo: O manejo agrícola altera, em muito, as características físicas, químicas e biológicas dos solos. A cultura e as condições climáticas, assim como o tipo de solo propriamente dito, afetam a decomposição da matéria orgânica do solo e, consequentemente, a biogeociclagem dos nutrientes. A matéria orgânica é uma característica importante em relação à fertilidade do solo, de modo que o impacto do uso do solo precisa ser avaliado principalmente em agroecossistemas. O conhecimento dos efeitos do uso da terra e das práticas agrícolas sobre a comunidade microbiana é de fundamental importância, em vista das importantes funções que os microorganismos desempenham no solo e que irão se refletir na produtividade agrícola. Neste sentido, uma avaliação da biomassa microbiana e de microorganismos do solo pode evidenciar diversas alterações no ecossistema do solo que estão associadas ao teor de argila e/ou sistemas de plantio. No presente estudo, caracterizou-se a camada superficial do perfil de solos sob plantio direto e plantio convencional em quatro fazendas no Brasil em relação a alguns de seus componentes microbiológicos. Para tanto, analisou-se, mensalmente, a respiração do solo, a biomassa microbiana e grupos de microorganismos. A avaliação da biomassa microbiana foi feita através da técnica da fumigação-incubação (FI), utilizando-se a Equação: [(C-CO2 liberado pelo solo fumigado, no período de 0-10 dias de incubação) - (C-CO2 liberado pelo solo não-fumigado, ao longo de 10-20 dias de incubação)]/0,45. Os cálculos indicaram um conteúdo de carbono da biomassa microbiana significativamente maior nos solos sob sistema de plantio direto em relação àqueles sob plantio convencional, na camada amostrada (0-10 cm de profundidade). Quantidades significativamente maiores ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The crop management changes greatly the physical, chemical and biological soil properties. Furthermore, the crop and soil types, and the climatic conditions would affect on soil organic matter decomposition and on nutrients biogeociclying. Soil organic matter is a important characteristic in relationship soil fertility. The knowledge about effects on soil using and agriculture practices on soil microbial communities is very important, due to the function that microorganisms have in soil and it was going to in soil fertility. In this sense, evaluation of the soil microbial biomass and micro-organisms greatly aids predictions several changes in the soil ecosystems are associated with reduced tillage as compared with conventional tillage. Surface soils from long-term no-till and conventional tillage plots at four Brazil farms were characterised for microbial components. Soil respiration, microbial biomass carbon and counts of microorganisms were measured at intervals monthly. The evaluation of microbial biomass carbon was done by fumigation-incubation technique (FI). For calculating the soil microbial biomass carbon, the equation used was: Equation = [(CO2-C evolved by fumigated soil, 0-10 days) - (CO2-C evolved by unfumigated soil, 10-20 days)]/0,45. Significantly greater amounts of CO2-C were released from no-till than from conventional tilled soils. qCO2 values were not significantly different between tillage systems. This observation confirms that the tillage affected biological activity in those soils, further that qCO2 values didn't have significantily different which two tillage systems, in studied soils. Number both fungi and bacteria were assayed by Most Probable Number (MPN) by the agar drop counting technique and the microorganisms groups were calculated using by traditional Most Probable Number (MPN) method...(Complete abstract, click electronic access below) / Doutor

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A presenÃa de bactÃrias fixadoras de nitrogÃnio atmosfÃrico tem sido evidenciada em diferentes espÃcies, incluindo leguminosas, gramÃneas, frutÃferas, entre outras plantas. Tem-se por hipÃtese que as cactÃceas estabelecem naturalmente associaÃÃo com as bactÃrias diazotrÃficas endofÃticas e podem se beneficiar da interaÃÃo planta-bactÃria na fase de crescimento inicial. Este estudo teve por objetivo isolar e caracterizar bactÃrias diazotrÃficas associadas Ãs cactÃceas do semiÃrido e avaliar sua contribuiÃÃo no crescimento de mudas de Mandacaru. A anÃlise da ocorrÃncia de bactÃrias diazotrÃficas foi realizada em dezembro de 2011, coletando-se amostras de raÃzes de partes aÃreas de Cereus jamacaru e Melocactus zehntneri, na EstaÃÃo EcolÃgica (ESEC) de Aiuaba, CearÃ, Brasil. A presenÃa das bactÃrias endofÃticas foi confirmada nas cactÃceas nativas e as estirpes bacterianas caracterizadas pela fisiologia de crescimento em meios artificiais, sob condiÃÃo de fixaÃÃo biolÃgica de nitrogÃnio. Representantes destes grupos bacterianos foram inoculados em mudas micropropagadas de Mandacaru. ApÃs seis meses de cultivo em casa de vegetaÃÃo, os Mandacarus apresentaram crescimento similar independente da inoculaÃÃo com endÃfitos. Todas as bactÃrias isoladas apresentaram habilidade em solubilizar fosfato inorgÃnico no meio Pikoskaya. As bactÃrias endofÃticas oriundas dos cactos nativos diferem na forma de crescimento sob condiÃÃo de fixaÃÃo biolÃgica de nitrogÃnio e pelo uso de fontes de carbono. As sete estirpes bacterianas testadas nÃo influenciaram o crescimento inicial de Mandacarus em substrato composto de casca de arroz parcialmente carbonizada, vermiculita e vermicomposto. / The presence of nitrogen-fixing bacteria has been observed in various plant species, including legumes, grasses, and fruit plants. It has been hypothesized that the cactus from semiarid region naturally establishes association with endophytic bacteria and take advantages from plant-bacteria interaction in the initial growth phase. This study aimed to isolate and characterize diazotrophic from cactus in semiarid and evaluate their contribution on the growth of Mandacaru seedlings. The survey of occurrence of diazotrophs was held in December 2011, collecting samples from roots and aerial parts of Mandacaru (Cereus jamacaru) and Coroa-de-frade (Melocactus zehntneri) at the Ecological Station of Aiuaba, state of CearÃ, Brazil. The presence of endophytic bacteria was confirmed in native cacti and bacterial strains characterized by the physiology of growth on artificial medium, on condition of biological nitrogen fixation. Representative strains from homogeneous bacterial groups were used to inoculate Mandacaru seedlings. After six months of growing in greenhouse, the Mandacaru seedlings showed similar growth independently of bacterial inoculation. All bacteria obtained cacti showed ability showed ability to solubilize inorganic phosphate in medium Pikoskaya. The endophytes obtained differ in growth condition under nitrogen fixation and by using different carbon sources. The seven bacterial strains tested did not affect significantly the initial growth of Mandacaru in substrates with rice hulls partially burned, vermiculite and humus.

As Terras Pretas de Índio (TPI), também conhecida por Amazonian Dark Earth, apresentam horizonte A antrópico, elevado pH, nutrientes importantes para o crescimento das plantas, elevado teor de carvão pirogênico e intensa atividade biológica quando comparadas aos seus solos de origem. A comunidade microbiana do solo é essencial para o funcionamento dos ecossistemas, sendo fundamentais em processos de decomposição da matéria orgânica, na disponibilização de nutrientes para as plantas e na ciclagem de nutrientes. Este estudo teve como objetivo acessar as estruturas e composição das comunidades de Bacteria e Archaea em fragmentos de carvão pirogênico (provenientes de TPI), TPI e solo adjacente (ADJ) utilizando as técnicas moleculares. Os solos foram coletados em quatro sítios arqueológicos (Balbina, Barro Branco, Costa do Açutuba e Hatahara), localizados na Amazônia Central. Em geral, as TPIs apresentaram elevados valores de pH, P e Ca corroborando com resultados anteriores em TPIs. As amostras de TPI dos sítios Balbina, Barro Branco e Hatahara apresentaram maior número de cópias do gene 16S rRNA de Bacteria quando comparadas com as amostras de solo ADJ. Os resultados obtidos pelas técnicas de fingerprinting (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism - T-RFLP e Denaturing Gradient Gel Electrophoresis - DGGE) utilizando o gene 16S rRNA de Bacteria e Archaea revelaram que as estruturas das comunidades bacterianas em fragmentos de carvão apresentaram diferenças significativas quando comparados com os solos ADJ. A partir da técnica de pirosequenciamento, os filos Proteobacteria, Actinobacteria e Crenarchaeota apresentaram predominância nos fragmentos de carvão. Observou-se também que em fragmentos de carvão, os microorganismos encontrados podem estar diretamente relacionados aos ciclos do N e C. Além disso, a presença desses micro-organismos em fragmentos de carvão pode favorecer a microbiota do solo e, consequentemente, sua qualidade. Neste sentido, o carvão pode também servir como elemento de recuperação em ambientes degradados, agindo como condicionador do solo sendo esta uma alternativa promissora no manejo de solos agrícolas. / Amazonian Dark Earth (ADE), also known as Terra Preta de Índio, present tropical A horizon, high pH, important nutrients for plant growth, high pyrogenic charcoal levels and intense biological activity when compared to its soil of origin. Soil microbial community is essential for ecosystem function, which is involved in fundamental processes such as the decomposition of organic matter, availability of nutrients to plants and the nutrient cycling. The objective of this study was to assess the structure and composition of bacterial and archaeal communities in fragments of pyrogenic charcoal (from ADE), ADE and adjacent soil (ADJ) using molecular techniques. The soils were collected in four archaeological sites (Balbina, Barro Branco, Costa do Açutuba and Hatahara), located in the central Amazon. In general, ADE presented high values of pH, P and Ca agreeing with previous results in ADE. ADE samples in Balbina, Barro Branco and Hatahara sites presented higher bacterial 16S rRNA gene copy number in comparison with ADJ soil samples. The results obtained with the fingerprinting techniques (Terminal Restriction Length Polymorphism, T-RFLP and Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, DGGE) using the bacterial and archaeal 16S rRNA genes revealed that bacterial community structure in charcoal fragments differed significantly when compared to the ADJ soils. Using the pyrosequencing technique, the phyla Proteobacteria, Actinobacteria and Crenarchaeota were predominant in charcoal fragments. It was also observed that microorganisms from charcoal fragments may be directly related to the N and C cycles. Furthermore, the presence of these microorganisms in charcoal fragments may favor the soil microbiota and, consequently, its quality. In this context, pyrogenic charcoal can serve as an element to recover degraded areas acting as soil conditioner and a promising alternative to the management of agricultural soils.

Aquesta tesi doctoral va estudiar la diversitat (riquesa i abundància), la distribució i la dinàmica de les comunitats planctòniques d'Archaea presents a diferents llacs estratificats temperats d'aigua dolça per aportar evidencies sobre la seva distribució i la seva possible activitat en aquests ecosistemes en relació als cicles biogeoquímics presents en els mateixos. Es varen estudiar dos estanyols d'origen càrstic (l'Estanyol del Vilar durant cinc anys consecutius (2001-2005) i l'Estanyol de Can Coromina) i un llac d'origen volcànic (Llac Kivu) analitzant, per una banda, la seva comunitat planctònica d'Archaea mitjançant una aproximació molecular i, per una altra, la seva possible activitat en aquests ambients (p.e., la nitrificació i la fixació de carboni). Per contextualitzar els resultats, es va realitzar un anàlisi in silico dels patrons de distribució global dels Archaea mesòfils mitjançant un anàlisi a nivell de llinatge combinant seqüències del gen 16S rRNA amb diferents eines estadístiques i d'ecologia general. / The present PhD thesis analysed the diversity (richness and evenness), distribution and dynamics of planktonic Archaea in several temperate stratified freshwater lakes to shed some light on their distribution and potential activity in these ecosystems in relation to prevalent biogeochemical cycles. In this sense, two karstic lagoons (Lake Vilar during five consecutive years (2001-2005) and Coromina lagoon) and a volcanic lake (Lake Kivu) were studied analysing, in the one hand, their archaeal planktonic community throughout a molecular approach and, in the other hand, their potential acitivity in these environments (e.g., nitrification and carbon fixation). In order to contextualize the obtained results, an in silico phylogenetic lineage-based analysis on the global distribution of lacustrine Archaea was conducted using 16S rRNA gene sequences in combination with statistical and general ecology tools.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Agricultural lands receive crop and animal residues as option for additional nutrients to replace inorganic fertilizers. Although the idea of discard residues is sustainable, its implementation contributes to the production of greenhouse gases such as nitrous oxide (N2O). However, the impact of disturbances caused by crop wastes on soil microbial community is still not clear. The aim was to study the impact of agricultural residues on the bacterial community accessed by next generation sequencing of nucleics acids. Two field experiments were carried out with the first experiment with the treatments control, mineral fertilizer, slurry and slurry with nitrification inhibitor dicyandiamide (DCD) while the second experiment presented the following treatments: control, sugarcane straw, vinasse and vinasse with sugarcane straw. Nitrous oxide emissions were also analysed. The organic fertilizers were the main drivers on changes in microbial community structure and they affected the microorganisms differently conformable to the applied residue compared with soils with or without fertilizer, but without residues. Slurry application changed the community in the third day of experiment temporarily due to increases in the abundance of Bacteroidetes, Proteobacteria and Firmicutes but the metabolically active microbial community was resilient returning to the original state after 50 days of experiment. The impact of plant residues were visualized in the treatment than microbial dynamics with only straw application modifying the abundance of Bacteroidetes and Beta-Proteobacteria. High proportions of Verrucomicrobia were found in vinasse treatment, whereas Firmicutes were overrepresented in vinasse plus straw treatment. Plants and animal origin residues as slurry with and without DCD, straw and vinasse affected specific groups of microorganisms that participate in nitrogen cycle. Furthermore, phosphorus, iron and nitrogen cycles were altered in plants residues treatments. Different microorganisms were responsible for the same functions in biogeochemical cycles in different treatments with plant residues indicating possible functional redundancy. All agricultural residues amendments also contributed to increase N2O emissions, except for the treatment with DCD which was effective against the nitrification process. In conclusion, the results are important to understand the appropriate crop residues managements in microbial compositions and functions under the current effort of sustainable agricultural practices. / Terras agrícolas tem recebido resíduos de culturas e de animais como opção de fornecimento de nutrientes adicionais em substituição aos fertilizantes inorgânicos. Apesar da ideia do retorno de resíduos produzidos na agricultura ao solo ser sustentável, sua aplicação continua contribuindo para produção de gases de efeito estufa como o óxido nitroso (N2O). Entretanto, o impacto dos distúrbios provocados pelo uso de resíduos agrícolas sobre a comunidade microbiana do solo ainda não são claros. O objetivo deste trabalho foi estudar o impacto do retorno de resíduos produzidos na agricultura como dejetos, vinhaça e palha sobre a comunidade bacteriana do solo acessada por sequenciamento de nova geração de ácidos nucleicos. Foram realizados dois experimentos de campo a curto prazo foram realizados com o primeiro experimento apresentando os tratamentos: controle, fertilizante mineral, dejeto e dejeto com inibidor de nitrificação dicianodiamida (DCD), enquanto o segundo experimento apresentou os seguintes tratamentos: controle, palha de cana-de-açúcar, vinhaça e vinhaça em conjunto com palha de cana-de-açúcar. O efeito das emissões de óxido nitroso também foram analisadas. A adição de resíduos orgânicos apresentou o maior impacto na mudança da comunidade bacteriana do solo e afetaram a presença de microrganismos conforme o resíduo aplicado quando em comparaçao com solos com solos com ou sem fertilizantes, mas sem a aplicaçao de resíduos. A aplicação de dejetos animais afetou a comunidade ao terceiro dia do experimento principalmente devido a um aumento na abundância de Bacteroidetes, Proteobacteria e Firmicutes, mas a comunidade voltou ao seu estado inicial após 50 dias de experimento. O impacto da aplicação de resíduos vegetais vinhaça e palha foi visualizada com a aplicação da palha modificando a abundância de Bacteroidetes e Beta-Proteobacteria. A adição de vinhaça provocou um aumento nas proporções de Verrucomicrobia enquanto Firmicutes foram mais abundantes no tratamento com adição de vinhaça em conjunto com a palha nos 46 dias do experimento. Entre as funções afetadas pela adição de resíduos de origem animal e vegetal, a aplicação de dejetos com e sem DCD, assim como a aplicação de palha e vinhaça, atuaram sobre grupos específicos de microrganismos do ciclo do nirogênio. Além disso, ciclos de fósforo, ferro e nitrogênio foram observados em diferentes tratamentos de resíduos vegetais. Diferentes microrganismos foram responsáveis pelas mesmas funções nos ciclos biogeoquímicos em distintos tratamentos com resíduos vegetais indicando possível redundância funcional. A aplicação de todos os resíduos também contribuiu para o aumento da emissão de N2O, com exceção do tratamento com adição de DCD em que mostrou que o inibidor foi efetivo em retardar o processo de nitrificação. Os resultados são importantes para entender o gerenciamento dos resíduos das culturas nas comunidades e funções microbianas do solo sob o esforço atual de práticas agrícolas sustentáveis.

As Terras Pretas de Índio (TPI), também conhecida por Amazonian Dark Earth, apresentam horizonte A antrópico, elevado pH, nutrientes importantes para o crescimento das plantas, elevado teor de carvão pirogênico e intensa atividade biológica quando comparadas aos seus solos de origem. A comunidade microbiana do solo é essencial para o funcionamento dos ecossistemas, sendo fundamentais em processos de decomposição da matéria orgânica, na disponibilização de nutrientes para as plantas e na ciclagem de nutrientes. Este estudo teve como objetivo acessar as estruturas e composição das comunidades de Bacteria e Archaea em fragmentos de carvão pirogênico (provenientes de TPI), TPI e solo adjacente (ADJ) utilizando as técnicas moleculares. Os solos foram coletados em quatro sítios arqueológicos (Balbina, Barro Branco, Costa do Açutuba e Hatahara), localizados na Amazônia Central. Em geral, as TPIs apresentaram elevados valores de pH, P e Ca corroborando com resultados anteriores em TPIs. As amostras de TPI dos sítios Balbina, Barro Branco e Hatahara apresentaram maior número de cópias do gene 16S rRNA de Bacteria quando comparadas com as amostras de solo ADJ. Os resultados obtidos pelas técnicas de fingerprinting (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism - T-RFLP e Denaturing Gradient Gel Electrophoresis - DGGE) utilizando o gene 16S rRNA de Bacteria e Archaea revelaram que as estruturas das comunidades bacterianas em fragmentos de carvão apresentaram diferenças significativas quando comparados com os solos ADJ. A partir da técnica de pirosequenciamento, os filos Proteobacteria, Actinobacteria e Crenarchaeota apresentaram predominância nos fragmentos de carvão. Observou-se também que em fragmentos de carvão, os microorganismos encontrados podem estar diretamente relacionados aos ciclos do N e C. Além disso, a presença desses micro-organismos em fragmentos de carvão pode favorecer a microbiota do solo e, consequentemente, sua qualidade. Neste sentido, o carvão pode também servir como elemento de recuperação em ambientes degradados, agindo como condicionador do solo sendo esta uma alternativa promissora no manejo de solos agrícolas. / Amazonian Dark Earth (ADE), also known as Terra Preta de Índio, present tropical A horizon, high pH, important nutrients for plant growth, high pyrogenic charcoal levels and intense biological activity when compared to its soil of origin. Soil microbial community is essential for ecosystem function, which is involved in fundamental processes such as the decomposition of organic matter, availability of nutrients to plants and the nutrient cycling. The objective of this study was to assess the structure and composition of bacterial and archaeal communities in fragments of pyrogenic charcoal (from ADE), ADE and adjacent soil (ADJ) using molecular techniques. The soils were collected in four archaeological sites (Balbina, Barro Branco, Costa do Açutuba and Hatahara), located in the central Amazon. In general, ADE presented high values of pH, P and Ca agreeing with previous results in ADE. ADE samples in Balbina, Barro Branco and Hatahara sites presented higher bacterial 16S rRNA gene copy number in comparison with ADJ soil samples. The results obtained with the fingerprinting techniques (Terminal Restriction Length Polymorphism, T-RFLP and Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, DGGE) using the bacterial and archaeal 16S rRNA genes revealed that bacterial community structure in charcoal fragments differed significantly when compared to the ADJ soils. Using the pyrosequencing technique, the phyla Proteobacteria, Actinobacteria and Crenarchaeota were predominant in charcoal fragments. It was also observed that microorganisms from charcoal fragments may be directly related to the N and C cycles. Furthermore, the presence of these microorganisms in charcoal fragments may favor the soil microbiota and, consequently, its quality. In this context, pyrogenic charcoal can serve as an element to recover degraded areas acting as soil conditioner and a promising alternative to the management of agricultural soils.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:31:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1888.pdf: 3636737 bytes, checksum: bdcef6a4d1d6ec63fc8a9a2db7c492bc (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The cyanobacterium Anabaena spiroides, a cosmopolitan species occurring in eutrophic environments as in Barra Bonita reservoir, is covered by a thick polysaccharide capsule that provides a microenvironment for association of bacterial communities. The aims of this study were: to identify bacteria attached to A. spiroides capsule to evaluate interspecific relationships among bacteria communities and A. spiroides, considering bacteria selectivity and succession dynamics of attached bacteria; as well as the effect of bacterial inoculum (1.2 µm filtered water from Barra Bonita reservoir) on cyanobacterial growth. For this purpose, density, production, biomass and diversity of bacteria attached to cyanobacteria capsules and free-living bacteria were determined in two replicate cultures of A. spiroides inoculated with bacteria from Barra Bonita reservoir. The diversity was verified by the number of bands obtained through separation of PCR amplification products of 16S rDNA from free-living and attached bacterial communities using Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE). Bacteria attached to the capsule were identified by sequencing the fragment of 16S rDNA. A set of cultures were performed to evaluate cyanobacterial growth as affected by Barra Bonita filtered water. A. spiroides cultures without Barra Bonita inoculum were used as control. The results showed that bacterial density, biomass and total production were higher for free-living bacteria, but no significant difference was obtained between attached and free-living bacteria regarding production per cell. The diversity was lower for the attached bacteria than free-living ones. Three strains of attached bacteria present in A. spiroides inoculum, identified as one Acidobacteria and two Alphaproteobacteria, remained up to the beginning of exponential growth phase. At the senescence phase these bacteria were replaced by four strains identified as one Deltaproteobacteria, one Betaproteobacteria, one Bacilli (Firmicutes) and one unidentified strain. This research demonstrated that there were selectivity and succession in the bacterial community attached to A. spiroides, and that the addition of the filtered water from Barra Bonita inoculum accelerates the death of cyanobacterium cultures / A cianobactéria Anabaena spiroides, cosmopolita em ambientes eutrofizados como o reservatório de Barra Bonita, é recoberta por uma espessa cápsula de polissacarídeo que fornece um microambiente para o crescimento de uma comunidade bacteriana particular. Os objetivos deste trabalho foram: identificar as bactérias associadas à cápsula de A. spiroides para detectar possíveis relações interespecíficas entre estas e a cianobactéria, considerando a seletividade e a dinâmica de sucessão das bactérias associadas; verificar o efeito da adição do inóculo bacteriano (água do reservatório de Barra Bonita filtrada em 1,2 µm) no crescimento da cianobactéria. Para tanto, a densidade, produção, biomassa e a diversidade das bactérias livres e aderidas à cianobactéria, assim como a identificação das bactérias aderidas foram determinadas em duas culturas de A. spiroides inoculadas com bactérias do reservatório de Barra Bonita. A diversidade foi verificada pelo número de bandas obtidas em Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) após a amplificação do 16S rDNA das comunidades bacterianas das frações livre e aderida e as bactérias aderidas à cápsula foram identificadas pelo seqüenciamento do fragmento do 16S rDNA. Em outro experimento, o crescimento da cianobactéria foi verificado pela concentração de clorofila a e carbono orgânico total após a adição da água de Barra Bonita (filtrada em 1,2µm) em quatro culturas experimentais de A. spiroides. Os controles consistiram em culturas de A. spiroides sem o inóculo de Barra Bonita. Os resultados mostraram que a densidade, biomassa e produção total das bactérias foram sempre maiores para as bactérias livres, no entanto, com relação à produção por célula, não houve diferença significativa entre aderidas e livres. Este estudo também mostrou que a diversidade das bactérias aderidas foi menor do que das livres e que três linhagens de bactérias aderidas que estavam presentes no inóculo de A. spiroides, permaneceram até o início da fase de crescimento exponencial. Essas bactérias foram identificadas como uma Acidobacteria e duas Alphaproteobacteria. Na fase de senescência essas bactérias foram substituídas por outras quatro linhagens: uma Deltaproteobacteria, uma Betaproteobacteria e uma Bacilli (Firmicutes) e uma linhagem não identificada. No segundo experimento as concentrações de clorofila e carbono foram menores nas culturas adicionadas do inóculo bacteriano do que nos controles. O presente estudo demonstrou que houve seleção e sucessão das bactérias aderidas a A. spiroides e que a adição da água de Barra Bonita acelera a morte das culturas da cianobactéria

Terra Preta Antropogênica (TPA) é um dos tipos de solos mais \"férteis\" do mundo. A TPA recebe esta denominação por ser encontrada em sítios arqueológicos onde viveram grupos pré-históricos. São pequenas faixas de solos que apresentam altas concentrações de nutrientes, matéria orgânica e encontram-se distribuídas aleatoriamente pela região Amazônica. A verdadeira origem destes solos ainda não está bem esclarecida. Devido à falta de informações sobre sua diversidade bacteriana, este trabalho estudou a diversidade bacteriana em amostras de solos TPA coletadas em duas regiões: Lagoa Balbina - sítio Terra preta (Amazônia Central- Amazonas) e Floresta Nacional de Caxiuanã - sítio arqueológico Mina I (Amazônia Oriental - Pará), através de técnicas moleculares independentes de cultivo. O DNA genômico total das amostras de solo foi extraído e usado como molde em uma reação de PCR utilizando oligonucleotídeos específicos do gene 16S rRNA para o Domínio Bactéria. O produto de PCR amplificado foi clonado no vetor pGEM-T e 980 clones foram selecionados e comparados com o banco de dados de 16S rRNA do RDP II e GenBank (NCBI-EUA). Os resultados apresentaram predominância com microrganismos não-conhecidos representando 41,6 % das seqüências de solo TPA- Balbina, 68,3 % das seqüências de ADJ-Balbina, 84,8% das seqüências de solo TPAMina e 47,7 % das seqüências de ADJ-Mina. O filo mais predominante nas amostras TPABalbina foi Firmicutes, representando 37,1% do total de seqüências analisadas. Os filos em destaque foram Proteobacteria (9,6%), seguidos de Verrucomicrobia (5,6%), Acidobacteria (2,5%), Gemmatimonadetes (2,5%), Actinobacteria (0,5%) e Nitrospira (0,5%). Por outro lado, em ADJ-Balbina destacaram-se os filos Proteobacteria 15,1%, Acidobacteria (12,5%), Firmicutes (2,3%), Nitrospira (1,1%) e Verrucomicrobia (0,8%). Em TPA-Mina, os filos apresentados foram Proteobacteria (6,5%), Acidobacteria (4,7%), Firmicutes (1,4%), Nitrospira (1,1%), Planctomycetes (1,1%) e Verrucomicrobia (0,4%). Contudo, na biblioteca ADJ-Mina verificou a presença dos filos Acidobacteria (27,2%), Proteobacteria (14,2%), Firmicutes (3,8%), Verrucomicrobia (3,8%), Nitrospira (1,3%), Planctomycetes (1,3%), Actinobacteria (0,4%) e Gemmatimonadetes (0,4%). O pH do solo pode ser um dos atributos do solo que pode ter influência direta na diversidade bacteriana dos solos estudados, assim como pode ter efeito uma floresta natural sobre as populações microbianas em seu solo, fato observado na adjacência do solo Terra Preta em Caxiuanã - PA. A estimativa da riqueza de UTOs pelo Bootstrap corroborou diretamente os valores de diversidade obtidos pelos índices de Simpson e Shannon. De um modo geral, uma maior probabilidade de ocorrência de UTOs únicas empregadas pelo estimador Jackknife se correlacionou com uma maior percentagem de baixas frequências de filotipos nas quatro bibliotecas. Os métodos não-paramétricos ACE e Chao1 para a estimativa da riqueza de UTOs também corroboraram com os valores obtidos com o estimador Jackknife. / Anthropogenic Dark Earth (ADE) is one of the most fertile soils in the world. ADE soils have received this nomination due to the pre-historical origin of these archaeological sites, established by pre-colombian populations. ADEs are small areas of soil which present high nutrient and organic matter contents and are randomly distributed throughout the Amazonian region. The true origin of these soils is not known yet. Due to the lack of information concerning the bacterial diversity, this work studied the bacterial diversity in ADE soils collected from two regions: Lagoa Balbina - site Terra Preta (Central Amazonia- Amazonas state) and National Forest of Caxiuanã - archaeological site Mina I (Oriental Amazonia - Pará state), using culture-independent molecular techniques. The total genomic DNAs extracted from the soil samples were used as templates in the PCR reactions using the universal primers for the 16S rRNA bacterial gene. The PCR-products were cloned into the pGEM-T vector and 980 clones were selected and searched using the GenBank (NCBI-USA) and the RDP II program. Data analyses indicated predominance of unknown microorganisms, representing 41.6 % among the sequences from ADE-Balbina, 68.3 % from Adjacent-Balbina, 84.8% from ADE-Mina and 47.7 % from Adjacent-Mina. The predominant phylum in ADEBalbina was Firmicutes, representing 37.1% of the total sequences from that site, followed by Proteobacteria (9.6%), Verrucomicrobia (5.6%) Acidobacteria (2,5%), Gemmatimonadetes (2,5%), Actinobacteria (0,5%) and Nitrospira (0.5%). On the other hand, in the adjacent soil ADJ-Balbina, the predominant phylla were Proteobacteria (15.1%), Acidobacteria (12.5%), Firmicutes (2.3%), Nitrospira (1.1%) and Verrucomicrobia (0.8%). In the Oriental Amazon, the prevalent phylla from the ADE-Mina soil were Proteobacteria (6.5%), Acidobacteria (4.7%), Firmicutes (1.4%), Nitrospira (1.1%), Planctomycetes (1.1%) and Verrucomicrobia (0.4%). In the ADJ-Mina verificou a presença dos filos Acidobacteria 27.2%, Proteobacteria 14.2%, Firmicutes 3.8%, Verrucomicrobia 3.8%, Nitrospira 1.3%, Planctomycetes 1.3%, Actinobacteria 0.4% e Gemmatimonadetes 0.4%. The soil pH may be of the soil attributes which may have directly influenced the bacterial diversity in those soils, as well as the above-ground vegetation from the natural forest in Caxiuanã-Pará. The estimates of the Operational Taxonomic Units (OTUs) richness using Bootstrap directly corroborated the diversity values obtained from the Simpson and Shannon indexes. Unique UTOs using Jackknife estimator were correlated with a higher percentage of the low frequencies of phylla in all the four clone libraries. The nonparametric ACE and Chao1 methods to estimate the OTUs richness also corroborated the Jackknife values.