As contribuições de bactérias oxidadoras de amônia e archaea para a nitrificação

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 19928 (2022) Citar este artigo

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Acredita-se que a nitrificação seja um dos principais processos de emissão de N2O no sistema agroecológico, que é controlado por micróbios do solo e regulado principalmente pelo pH do solo, teor de oxigênio e disponibilidade de NH4+. Estudos anteriores provaram que as contribuições relativas de bactérias oxidantes de amônia (AOB) e archaea (AOA) para a produção de N2O variam com o pH do solo, porém, ainda não há consenso sobre o mecanismo regulador da produção de N2O derivada da nitrificação pelo pH do solo. Neste estudo, 1-octino (um inibidor seletivo de AOB) e acetileno (um inibidor de AOB e AOA) foram usados ​​em um experimento de incubação de microcosmos para diferenciar a contribuição relativa de AOA e AOB para emissões de N2O em um ambiente neutro (pH = 6,75 ) e um solo alcalino (pH = 8,35). Descobrimos que a adição de amônia (NH4+) estimulou de forma observável a produção de AOA e N2O relacionado a AOB e aumentou a abundância do gene da amônia monooxigenase (AMO) de AOA e AOB nos dois solos de teste. Dentre eles, o AOB dominou o processo de oxidação da amônia no solo alcalino, contribuindo com 70,8% da produção de N2O proveniente da nitrificação. Por outro lado, a contribuição de AOA e AOB representou cerca de um terço do N2O relacionado à nitrificação em solo ácido, respectivamente. Os resultados indicaram que o pH foi um fator chave para alterar a abundância e atividade de AOA e AOB, o que levou à diferenciação da derivação da produção de N2O em solos roxos. Especulamos que tanto o conteúdo de NH4+ quanto o pH do solo mediaram a especialização de microrganismos oxidadores de amônia juntos; e ambos os resultados de especialização e rendimento de N2O levaram a diferentes características de emissão de N2O em solos roxos. Esses resultados podem ajudar a informar o desenvolvimento de estratégias de redução de N2O no futuro.

O N2O é um traço de gás de efeito estufa com 265 vezes o potencial de aquecimento do CO2 (numa escala de 100 anos) na atmosfera e atua destruindo o ozônio estratosférico1. A concentração global de N2O na atmosfera foi de 328,8 ppb em 2015 com um aumento de 21% desde a revolução industrial2. As emissões sustentadas no ritmo atual resultarão em um aumento de mais 18% até 2030 a partir das projeções atuais indicam3. O solo agrícola fertilizado é um ponto quente para emissões substanciais de N2O para a atmosfera, respondendo por cerca de 60% das emissões atmosféricas globais de N2O4. No entanto, a crescente demanda por alimentos, pecuária e energia de biomassa inevitavelmente acompanhará a aplicação contínua de fertilizantes químicos. Portanto, é particularmente importante entender o mecanismo responsável pela produção de N2O a partir do solo fertilizado para encontrar medidas ideais para regular as emissões de N2O para uma agricultura sustentável.

Em agroecossistemas, o N2O é produzido por nitrificação e desnitrificação conduzida por microorganismos do solo5,6, e alguns processos abióticos também contribuem com uma pequena parte dele7. A nitrificação é o principal processo de produção de N2O sob um teor adequado de oxigênio no solo. A oxidação de amônia (isto é, NH3 sendo oxidado a NO2−, através do produto intermediário NH2OH) é considerada a etapa primária e limitante da taxa de nitrificação. Tanto as arqueias oxidantes de amônia (AOA) quanto as bactérias oxidantes de amônia (AOB) têm o potencial genético para a oxidação de amônia que causa a produção de N2O8,9. AOB poderia produzir N2O que atua como intermediário pela oxidação incompleta de NH2OH a NO10, ou regulando a desnitrificação do nitrificador da redução de NO2− a NO e N2O11. Em contraste, o N2O produzido por AOA atribui a múltiplos processos convencionalmente detectados em culturas puras e de enriquecimento, mas não há evidências claras até o momento para apoiar a produção de N2O por reação catalítica enzimática de AOA em solos12. Além disso, os recém-descobertos e difundidos oxidantes completos de amônia (comammox), que atuam como uma das guildas funcionais de oxidação de amônia, ainda constituem uma incerteza de influência na emissão de N2O, embora alguns estudos sugiram que desempenham um papel menor do que AOB13,14.