O nitrogênio está presente nos aminoácidos, proteínas, DNA, RNA e em outras estruturas celulares. Apesar de ser o mais abundante dos elementos da ar atmosférico - aproximadamente 80% do ar é composto por nitrogênio - os animais e as plantas não são capazes de metabolizá-lo na forma gasosa e retirá-lo diretamente do ar. 

A função de transformar o nitrogênio existente no ar atmosférico em formas assimiláveis para plantas e animais - Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN) - é realizada por bactérias fixadoras de nitrogênio e algumas algas azuis (cianobactérias), sendo a enzima universal conhecida como nitrogenase.
Antes de ser absorvido, o nitrogênio é retirado do ar e transformado em amônia solúvel em água, que é utilizado diretamente pela planta, quando ocorre o processo de FBN. O nitrogênio fixado pode, ainda, ser transformado no solo em nitrato, forma que também é disponível para as plantas.

Fixação biológica na agricultura

As plantas utilizam o nitrogênio na formação de algumas estruturas e, em seguida, o disponibilizam a todos os indivíduos da cadeia alimentar. Alguns tipos de vegetais interagem com as bactérias fixadoras de nitrogênio, retirando diretamente do ar o nitrogênio - em forma gasosa - e transformando-o em formas absorvíveis. Uma das associações mais conhecidas é a que ocorre entre várias espécies de leguminosas e as bactérias da família Rhizobiaceae e pode ser verificada através da formação de nódulos nas raízes.

Já se sabe que, além das bactérias fixadoras de nitrogênio nas raízes das leguminosas, as bactérias fixadoras de N₂ endofíticas também atuam no interior de algumas plantas, como cana-de-açúcar, cereais e gramíneas forrageiras. Apesar de o produtor rural utilizar a adubação mineral para o fornecimento de nitrogênio às culturas agrícolas, esse adubo costuma ser caro e seu uso inadequado pode produzir impactos ambientais negativos.

A fixação biológica de nitrogênio pelas plantas leguminosas pode suprir a adubação mineral dependendo da espécie e sistema de cultivo. Em culturas de espécies não-leguminosas ou com sistema de baixa eficiência de FBN  pode ser realizado o cultivo consorciado com culturas eficientes em FBN. Outra alternativa para o agricultor é o plantio de adubos verdes antes do cultivo da cana-de-açúcar, no momento da reforma do canavial.

O produtor pode optar pelo plantio de leguminosas fixadoras de nitrogênio durante a fase de preparação do solo. As leguminosas são incorporadas ao solo posteriormente e disponibilizam para a nova cultura o nitrogênio presente em suas estruturas.

Seleção e inclusão de bactérias fixadoras

Embora muitas espécies de plantas possuam a capacidade natural de associação com bactérias fixadoras de nitrogênio, a eficiência da fixação do nitrogênio pode ser melhorada com o uso de bactérias mais específicas e eficientes. Essa eficiência foi constatada por pesquisas que isolaram bactérias com alta capacidade de fixação de nitrogênio. As bactérias selecionadas são vendidas no comércio apenas com o nome de inoculante. O produtor pode comprar o inoculante ou as sementes já inoculadas com espécies selecionadas de bactérias fixadoras de nitrogênio e, assim, elevar a produtividade da sua lavoura. No caso da cultura da cana de açúcar, a Embrapa Agrobiologia vem avaliando a eficiência de um inoculante constituído por cinco estirpes de diferentes bactérias fixadoras de nitrogênio, em diferentes regiões produtoras.

As vantagens da fixação biológica do nitrogênio

A fixação biológica do nitrogênio promove vários benefícios para os cultivos agrícolas, dentre os quais destacam-se:

• o menor uso de adubos nitrogenados, que resulta em economia para o produtor;

• a característica de contribuir para o auto-fornecimento do nitrogênio utilizado para a formação da planta minimiza os impactos do nitrogênio sobre o meio ambiente;

• o uso de leguminosas como adubos verdes eficientes para FBN fornece nitrogênio para o solo e melhora suas propriedades físicas, químicas e biológicas;

• aumento de produtividade, especialmente em solos deficientes em nitrogênio disponível.

A Tabela 1 mostra que a produção de soja foi maior com a soja inoculada do que com a soja sem inoculação e com adubação mineral.

 

Tabela 1. Número de nódulos nas raízes, produção de grãos em nitrogênio acumulado na soja com e sem inoculação.

Fonte: Zilli et al. (2008).

As pesquisas de FBN da associação de bactérias endofíticas às cultivares de cana-de-açúcar caminham a passos largos. Cientistas estão pesquisando mais detalhadamente o processo de colonização das bactérias no interior da cana e o potencial da fixação biológica de nitrogênio da cultura. Ainda se desconhece qual das bactérias que colonizam o interior da cana possui a maior capacidade de fixação de nitrogênio. Contudo, estudos recentes indicam que a maior eficiência da inoculação é obtida quando a inoculação é feita com mistura de estirpes eficientes de bactérias endofiticas fixadoras de nitrogênio.

Influenciadores na colonização de bactérias endofíticas na cana-de-açúcar

Ciclo da cultura - A população de bactérias fixadoras de nitrogênio no interior da cana varia conforme o período do ciclo da cultura.

Disponibilidade de água - A colonização da cana por algumas estirpes de bactérias endofíticas varia conforme a disponibilidade de água no solo. Em períodos secos ocorre menor colonização de algumas estirpes de bactérias, sendo que a baixa umidade do solo afeta a fotossíntese e o crescimento da planta.

Nitrogênio no solo - Plantas de terrenos ricos em nitrogênio apresentam raízes e colmos com maior concentração do nutriente, mas apresentam menos bactérias fixadoras nessas estruturas.

Genéticos - Considerando apenas o genótipo da espécie do vegetal, pesquisas revelam que existem variações significativas de interação do genótipo vegetal com bactérias endofíticas no processo de FBN, apesar de que na maioria das variedades de cana estão presentes as mesmas bactérias fixadoras de nitrogênio.

Tabela 2. Produtividade de colmos e quantidade de nitrogênio acumulado em nove cultivares de cana-de-açúcar.

Fonte: Coelho et al. (2003).

COELHO, C. H. M. et al. Identificação de genótipos de cana-de-açúcar quanto ao potencial de contribuição da fixação biológica de nitrogênio. Agronomia, v. 37, n. 2, p. 37-40, 2003.