Fixação biológica de nitrogênio: como funciona por dentro

O ar acima de um hectare contém uma quantidade enorme de nitrogênio, e nenhuma planta usa diretamente. A molécula N2 tem uma tripla ligação entre os dois átomos, uma das ligações mais estáveis da química. Quebrar isso na indústria exige o processo Haber-Bosch, com temperatura e pressão altas. No solo, um grupo restrito de procariotos faz a mesma reação à temperatura ambiente. Entender isso explica quase tudo que se recomenda em inoculação.

A enzima que faz o trabalho

A nitrogenase é um complexo de duas proteínas. Uma delas contém ferro e a outra contém ferro e molibdênio, e é nessa segunda que a reação acontece. A estequiometria aceita é a seguinte:

N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP resulta em 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

Três leituras práticas saem daí:

• Custo energético alto. Fixar nitrogênio consome muito ATP, e esse ATP vem do fotossintato que a planta manda para o nódulo. FBN não é gratuita, é paga em açúcar. Planta com folha danificada ou sob estresse hídrico severo reduz o repasse, e a fixação cai junto.
• Produção obrigatória de hidrogênio. Parte dos elétrons vai para H2, mesmo em condição ideal. Algumas estirpes possuem hidrogenase de reciclagem e recuperam parte dessa energia.
• Dependência de micronutriente. Sem molibdênio não existe nitrogenase funcional. O cobalto entra na síntese de cobalamina, ligada ao metabolismo do bacteroide e à leghemoglobina. É por isso que Mo e Co aparecem em tratamento de semente de soja.

O problema do oxigênio

A nitrogenase é inativada de forma irreversível por oxigênio livre. Ao mesmo tempo, o bacteroide dentro do nódulo respira intensamente para gerar o ATP da reação, e respiração exige oxigênio. São exigências opostas.

A solução da leguminosa é a leghemoglobina, proteína com grupo heme produzida na simbiose. Ela liga oxigênio com afinidade alta, mantém a concentração de oxigênio livre baixíssima dentro do nódulo e ainda entrega oxigênio ao bacteroide em fluxo controlado. É o mesmo princípio da hemoglobina do sangue, e é ela que dá a cor rosada ou avermelhada ao nódulo ativo.

Verificação de campo que não custa nada: abra o nódulo com a unha. Interior rosado ou vermelho significa nódulo em fixação. Interior branco, esverdeado ou marrom significa nódulo inativo ou já senescente.

Como planta e bactéria se encontram

A nodulação começa com um diálogo químico, e cada etapa explica uma recomendação de manejo:

1. A raiz libera flavonoides específicos nos exsudatos.
2. A bactéria compatível reconhece esses flavonoides pela proteína NodD, que ativa os genes nod.
3. Esses genes produzem os fatores Nod, lipoquitooligossacarídeos, que a planta reconhece.
4. O pelo radicular se curva e forma um bolso onde a bactéria fica presa.
5. Um cordão de infecção conduz a bactéria até o córtex da raiz.
6. As células corticais se dividem e formam o nódulo, e dentro dele a bactéria se diferencia em bacteroide, a forma que fixa.

Esse reconhecimento é específico. Estirpe de Bradyrhizobium japonicum selecionada para soja não nodula feijão, e o inverso também vale. Não existe inoculante universal para leguminosa.

Por que nitrato atrapalha

Nitrogênio mineral no solo inibe a nodulação em várias etapas, da sinalização inicial à manutenção do nódulo já formado. Faz sentido para a planta: se existe nitrogênio pronto, gastar fotossintato em nódulo é ineficiente. Para o produtor o efeito é caro, porque a adubação nitrogenada aplicada por precaução derruba justamente o sistema que forneceria o nitrogênio de graça.

É esse mecanismo que sustenta a posição consolidada da Embrapa Soja: com inoculação bem feita, a fixação biológica supre a necessidade de nitrogênio da soja e dispensa a adubação nitrogenada de cobertura na cultura. Vale destacar que isso é específico da soja, apoiado em rede longa de experimentação brasileira, e não se transfere para milho, trigo, algodão ou pastagem, onde o nitrogênio mineral continua sendo necessário.

Fixação sem nódulo

Nem toda FBN é simbiótica com nódulo. Existem bactérias de vida livre e bactérias associativas que colonizam a rizosfera e o interior de tecidos sem formar estrutura especializada. Azospirillum brasilense é o exemplo mais usado no Brasil. Um cuidado técnico importante: em gramíneas, boa parte do efeito documentado desse gênero é atribuída à produção de fitormônios, com maior crescimento e ramificação de raiz, e não a um aporte de nitrogênio equivalente ao da soja. Tratar Azospirillum em milho como substituto de adubação nitrogenada é leitura errada do mecanismo. O uso combinado em soja está discutido em coinoculação.

O que na prática derruba a FBN

• Acidez alta com alumínio tóxico, que afeta tanto a sobrevivência da bactéria quanto a raiz
• Molibdênio ou cobalto em falta
• Deficiência de fósforo, porque nódulo é dreno forte de energia e de P
• Estresse hídrico ou térmico na semeadura, que mata célula antes do contato com a raiz
• Inoculante armazenado sob sol ou vencido, e mistura com tratamento de semente incompatível
• Nitrogênio mineral aplicado em dose alta na semeadura

O procedimento de campo que respeita todos esses pontos está em inoculação de soja que vale. Para a outra simbiose que atua na nutrição, veja micorrizas.