Solubilização de fosfatos de rocha por Penicillium islandicum

Abstract

O consumo de fertilizantes minerais aumenta anualmente com vistas a melhorar a produtividade das lavouras. Os fertilizantes fosfatados estão entre os mais comercializados em razão da importância do fósforo (P) para o crescimento, o desenvolvimento e a produção vegetal em solos empobrecidos desse nutriente. Nos solos brasileiros, a disponibilidade de P é baixa e, na maioria das vezes, o elemento torna-se inacessível às raízes em face de sua retenção nos minerais de argila. Para contornar esse problema, o uso de fontes alternativas de P em substituição aos fertilizantes solúveis dispendiosos têm sido estudadas. Para suprir a demanda de mercado, os fosfatos naturais ou de rocha (FRs), fontes de P, são tratados por processos químicos e térmicos de elevado custo energético que causam poluição. Os FRs brasileiros são de baixa reatividade, fazendo com que o seu processamento seja mais oneroso. Esse fato desestimula o uso de reservas de rocha fosfáticas nacionais, levando à importação de FRs estrangeiros de maior reatividade. Uma alternativa viável para o uso de FRs brasileiros é a utilização de microrganismos com capacidade de solubilizar esse material por meio de processos biológicos de acidificação do meio e complexação de cátions. A solubilização microbiana tem também a vantagem de permitir a utilização de substratos sólidos para o crescimento microbiano, geralmente rejeitos ou resíduos da indústria agrícola. O objetivo do presente trabalho foi o de estudar a solubilização microbiana de FRs por P. islandicum FS41 em meios líquidos e em sistema de fermentação em substrato sólido com bagaço de cana-de-açúcar. A capacidade fúngica de solubilizar os FRs de Araxá, Catalão, Patos de Minas, Bayóvar e Argélia foi testada neste trabalho. O P. islandicum FS41 imobilizou o P liberado em meio Strasser, em fermentação em substrato sólido, quando na presença dos FRs de Araxá, Catalão e Patos de Minas. Os FRs Argélia e Bayóvar apresentaram valores baixos de P em solução, correspondendo a 18,9 e 9,8 mg L-1, respectivamente. A diminuição da disponibilidade de nitrogênio, atrelada à utilização de fontes amoniacais no meio Strasser, no sistema de fermentação em substrato sólido, promoveu aumentos do P em solução para os FRs Argélia, Bayóvar, Patos de Minas e Araxá. A ausência de fontes nitrogenadas ixinorgânicas e de extrato de levedura, no meio Strasser e no mesmo sistema de fermentação, favoreceu a liberação de P a partir do FR de Araxá, com valor de P em solução de 47,9 mg L-1 ou cerca de 11 % de solubilização. A solubilização dos FRs por P. islandicum FS41 foi mais eficiente em meio NBRIP do que no meio Strasser em sistema de cultivo em batelada em meio líquido, com valores médios de P em solução de 96,7, 79,7, 26,9, 23,2 e 22,3 mg L-1 para os FRs Argélia, Bayóvar, Patos de Minas, Catalão e Araxá, respectivamente. Alternativamente, o pré-cultivo de P. islandicum FS41 e a posterior transferência da biomassa micelial produzida para meio de solubilização com baixa disponibilidade de nutrientes minerais resultou em valores de P em solução de 130 mg L-1, o que correspondeu a 30 % de solubilização do P contido no FR de Araxá. Essa última estratégia promoveu aumentos de 2,71 a 5,8 vezes do P em solução em comparação aos valores obtidos nos experimentos anteriores. Diferentemente de outros fungos solubilizadores de fosfato, P. islandicum FS41 mostrou-se mais eficiente na produção de biomassa micelial, com forte tendência de imobilização do P liberado dos FRs. O presente trabalho aponta algumas alternativas de se contornar esse problema. No entanto, esforços adicionais deverão ser conduzidos para a otimização do processo de solubilização de FRs por esse fungo.Mineral fertilizers consumption increases annually aiming to improve crops productivity. Phosphate fertilizers are among the most traded products for agriculture because of the importance of phosphorus (P) for growth, development, and plant production in impoverished soils. In Brazilian soils, the availability of P is low and, for the most part, the element becomes inaccessible to roots due to their retention in clay minerals. The use of alternative sources of P as a substitute for costly soluble fertilizers has been studied to overcome this problem. Market’s demand for P relies on natural or rock phosphates (RPs), sources of P, treated by chemical and thermal processes of high energy cost that cause pollution. Brazilian RPs are low in reactivity, making their processing more costly. This fact discourages the use of national phosphate rock reserves, leading to importation of foreign RPs greater in reactivity. A viable alternative for using Brazilian RPs is the use of microorganisms with capacity to solubilize this material through biological processes, which includes acidification of the medium and complexation of cations. Microbial solubilization also has the advantage of allowing the use of solid substrates for microbial growth, generally tailings or residues from agricultural industry. The objective of the present work was to study the microbial solubilization of RPs by P. islandicum FS41 in liquid media and fermentation system in solid substrate with sugar cane bagasse. The fungal capacity to solubilize Araxá, Catalão, Patos de Minas, Bayóvar and Argelia RPs was tested in this work. P. islandicum FS41 immobilized the released P in Strasser medium, in solid substrate fermentation, when in the presence of Araxá, Catalão and Patos de Minas RPs. Argelia and Bayóvar RPs presented low values of P in solution, corresponding to 18.9 and 9.8 mg L-1, respectively. The decrease in nitrogen availability coupled with the use of ammoniacal N sources in the Strasser medium in the solid substrate fermentation system promoted increases in P in solution for the Argelia, Bayóvar, Patos de Minas, and Araxá RPs. The absence of inorganic nitrogen sources and yeast extract in the Strasser medium and in the same fermentation system favored the release of P from Araxá RP, with P value in solution of 47.9 mg L-1 or about of 11% solubilization. The solubilization of xiRPs by P. islandicum FS41 was more efficient in NBRIP than in Strasser medium in batch systems with liquid medium, with mean values of P in solution of 96.7, 79.7, 26.9, 23.2, and 22.3 mg L-1 for the RPs Argelia, Bayóvar, Patos de Minas, Catalão and Araxá, respectively. Alternatively, the preculture of P. islandicum FS41 and the subsequent transfer of the mycelial biomass produced to the solubilization medium with low availability of mineral nutrients resulted in P values in a solution of 130 mg L-1, which corresponded to 30% of solubilization of the P contained in the Araxá RP. The latter strategy promoted increases of 2.71 to 5.8 times the P in solution compared to the values obtained in the previous experiments. Unlike other phosphate solubilizing fungi, P. islandicum FS41 showed to be more efficient at the production of mycelial biomass, with a strong tendency to immobilize P released from RP. The present work points out some alternatives to overcome this problem. However, additional efforts should be conducted to optimize the FR solubilization process by this fungus.