Universidade de São PauloCentro de Energia Nuclear na Agricultura

Diversidade de Fungos Diversidade de Fungos MicorrMicorríízicos e da Microbiota:zicos e da Microbiota:

Importância na Agricultura

Camila Maistro Patreze & Siu Mui Tsaicpatreze@cena.usp.br

Campinas - SP

Considerações Iniciais

Produtividade e Sustentabilidade Agrícola

A Microbiota e Qualidade do Solo

Considerações Finais

Considerações Iniciais:

Questões CruciaisQuestões Cruciais

SerSeráá posspossíível atingirmos a demanda projetada vel atingirmos a demanda projetada para alimento, energia, rapara alimento, energia, raçção, fibra para 8 ão, fibra para 8 bilhões de pessoas em 2020, certamente com bilhões de pessoas em 2020, certamente com requerimentos mais elevados que agora?requerimentos mais elevados que agora?

SerSeráá posspossíível atingirmos essa demanda e, ao vel atingirmos essa demanda e, ao mesmo tempo, conservando a qualidade mesmo tempo, conservando a qualidade ambiental e os recursos naturais para as ambiental e os recursos naturais para as futuras gerafuturas geraçções?ões?

Considerações Iniciais:

Ano

3

2

1

0

380

370

360

350

340

330

320

3101966 80 85 90 95 00

kg c

apita-

1

Pro

dução

(bilh

ões t m

étricas)

05

Produção agrícola: escala crescente

Produção per capita: escala decrescente

Taxas anuais de produtividade agrícola

e de cereais (MONOCULTURA)

Ano

8

6

4

2

01960... 1985 1995 20051975

(%)(%)

Produtividade agrProdutividade agríícolacola

Produtividade cereaisProdutividade cereais

Cassman K.G. Nutrient Management for Global Food Security and EnCassman K.G. Nutrient Management for Global Food Security and Environmental Protection. vironmental Protection. 18th WCSS, Philadelphia 18th WCSS, Philadelphia –– Julho 2006Julho 2006

Brasil e Expansão Agrícola

Amazônia Amazônia

Cerrado Cerrado

PantanalPantanal

Mata AtlânticaMata Atlântica

Biomas Brasileiros : Necessidade de ConservaBiomas Brasileiros : Necessidade de Conservaççãoão

Considerações Iniciais:

19951970 1980 1990198519751965 2000 2005ANO

REN

DIM

ENTO

GR

ÃO

S ( t

ha-1

)

5

4

2

1

0

Expansão da área agrícola,fixação biológica de nitrogênio

Conservação do Solo:Plantio Direto (Sistemas Simbióticos: FBN e Micorrizas)

Irrigação + Biotecnologia

Melhoramento Doenças e Pragas

3 MelhoramentoCerrado e Trópicos

O exemplo da soja no BrasilO exemplo da soja no Brasil

Balanço de fertilizantes, calagem, gesso

??

CURVA DA PRODUCURVA DA PRODUÇÇÃO DE UMA CULTURAÃO DE UMA CULTURA

Fertilidade do Solo (Insumos)

Produtivi

dad

e

BENEFBENEFÍÍCIOS DA REVOLUCIOS DA REVOLUÇÇÃO VERDEÃO VERDE

SSééculo 21culo 21

SSééculo 20culo 20

Variedades melhoradas

requerem alta fertilidade do

solo

Elevada fertilidadeElevada fertilidadeGenótipos tradicionais

acamam

Baixa fertilidadeBaixa fertilidadeNão há ganhos em

produtividade

Fertilidade do Solo (Insumos)

Produtivi

dad

e

J. Lynch J. Lynch –– Penn State UniversityPenn State University

Melhoramento GenMelhoramento Genéético: Tolerância a Estresses Ambientais tico: Tolerância a Estresses Ambientais e Eficiência no Uso de Nutrientes e Eficiência no Uso de Nutrientes

Cultivar convencionalCultivar convencional GenGenóótipo tolerante a baixo Ptipo tolerante a baixo P

Cinco linhagens para uso eficiente de fCinco linhagens para uso eficiente de fóósforo e 10 a serem liberadassforo e 10 a serem liberadas

PRCPRC-- EUAEUA

J. Lynch J. Lynch –– Penn State UniversityPenn State University

Biodiversidade e Qualidade do SoloBiodiversidade e Qualidade do Solo

A biodiversidade analisa o comportamento das espécies nos seus habitats naturais e perturbados e, a partir desses estudos, permite a aplicação de novas estratégias para o manejo de espécies para a sua sobrevivência e conservação

Considera a variação fenotípica dentro de gruposgruposfuncionaisfuncionais em resposta às mudanças ambientais

Microrganismos do solo têm função importante para a manutenção da biodiversidade e da qualidade de um solo

PAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURAPAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURA

FormaFormaççãoão

DecomposiDecomposiççãoão

Estrutura Estrutura (Solo)(Solo)

InsumosInsumos

ExportaExportaççãoão

Ciclos Ciclos BiogeoquBiogeoquíímicosmicos

ProduProduççãoãoDiversidadeDiversidade

Planta

Biota do SoloBiota do Solo

BactBactéériasrias FungosFungos

EstruturaEstrutura

ComunidadesPapel FuncionalPapel Funcional

Comunidades

COMPOSICOMPOSIÇÇÃO DE UM AGREGADO DE SOLOÃO DE UM AGREGADO DE SOLO

MacroagregadosMacroagregados

>250 >250 µµmm

MicroagregadosMicroagregados

5353--250 250 µµmm

FungosFungos

BactBactéériasriasMatMatééria Orgânicaria Orgânica

ParticuladaParticulada

Melhoramento do Sistema Radicular : MicorrizasMelhoramento do Sistema Radicular : Micorrizas

Raiz

d.d. Micélios externos

e.e. Esporos grandes

f.f. Hifas extraradiculares

a.a. Vesiculas e arbúsculos

b.b. Arbúsculos

c.c. Micélio extraradicular

Raven Raven et al.et al., 2001, 2001

DIVERSIDADE DE ESPOROS EM UMA DIVERSIDADE DE ESPOROS EM UMA AMOSTRA DE SOLOAMOSTRA DE SOLO

Importância dos Fungos MicorrImportância dos Fungos Micorríízicos zicos

Tolerância a estresses ambientais

Controle biológico contra patógenos

Incrementos : 5 % a 290 % na produção agrícola

Benefícios para o crescimento ou produção de mudas: 50 % a 8.000 %

SIQUEIRA et al. (2002)

Diversidade dos Fungos MicorrDiversidade dos Fungos Micorríízicoszicos

Fungos EctomicorrFungos Ectomicorríízicos zicos (EM) (EM)

Hifas fHifas fúúngicas formam um invngicas formam um invóólucro ao redor das clucro ao redor das céélulas vivas das lulas vivas das raraíízes (mas não as penetram) zes (mas não as penetram) aumento significante na aumento significante na áárea de rea de absorabsorççãoão

Diversidade dos Fungos MicorrDiversidade dos Fungos Micorríízicos zicos

MANTO (conjunto de hifas sobre a raiz) MANTO (conjunto de hifas sobre a raiz)

++

REDE DE HARTIG (hifas entre as cREDE DE HARTIG (hifas entre as céélulas da raiz)lulas da raiz)

Cerca de 5.000 espCerca de 5.000 espéécies de fungos EM, geralmente com alto grau de cies de fungos EM, geralmente com alto grau de especificidade (Basidiomicetos e Ascomicetos)especificidade (Basidiomicetos e Ascomicetos)

Diversidade dos Fungos MicorrDiversidade dos Fungos Micorríízicos zicos

Fungos EndomicorrFungos Endomicorríízicos ou Micorrzicos ou Micorríízicozico--Arbusculares (MA)Arbusculares (MA)

Zigomicetos (ordem Glomales) Zigomicetos (ordem Glomales) menos de 200 espmenos de 200 espéécies envolvidas em cies envolvidas em associaassociaçções amplamente distribuões amplamente distribuíídas (baixa especificidade fungodas (baixa especificidade fungo--planta)planta)

INOCULAINOCULAÇÇÃO DE FUNGO MA EM ALFAFAÃO DE FUNGO MA EM ALFAFA

Tsai e Phillips (1991)Tsai e Phillips (1991)

Sem FMA com fSem FMA com fóósforosforo

PI= 100 ppmPI= 100 ppm

PII= 200 ppm PII= 200 ppm

Inoculada com FMA sem fInoculada com FMA sem fóósforosforo

Glomus macrocarpumGlomus macrocarpum

Po= sem fPo= sem fóósforosforo

(S)= superf(S)= superfííciecie

(D)= 10 cm(D)= 10 cm

FMA = Fungo micorrFMA = Fungo micorríízico arbzico arbúúsculosculo--vesicularvesicular

Consórcio Milho x Feijoeiro

solo agrsolo agríícolacola solo esterilizadosolo esterilizado

Tsai et al. (1993)Tsai et al. (1993)

Uso de inoculante em leguminosa (alfafa): Fixação Biológica de NN22

ASSOCIAASSOCIAÇÇÕES BENÕES BENÉÉFICAS: BACTFICAS: BACTÉÉRIASRIAS

> 200 kg N ha> 200 kg N ha--11 anoano

Uso de inoculante em leguminosa (soja): Fixação Biológica de NN22

Bradyrhizobium elkaniiBradyrhizobium elkanii

Soja nodulante e não nodulanteSoja nodulante e não nodulanteContribuiContribuiçção de 80 a 120 kg N haão de 80 a 120 kg N ha--11

Bradyrhizobium elkaniiBradyrhizobium elkaniisuplementa nitrogênio ao solosuplementa nitrogênio ao solo

Uso de inoculante em gramínea: FBN

BACTBACTÉÉRIASRIAS

ENDOFENDOFÍÍTICASTICAS

PAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURAPAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURA

FormaFormaççãoão

DecomposiDecomposiççãoão

Estrutura Estrutura (Solo)(Solo)

InsumosInsumos

ExportaExportaççãoão

Ciclos Ciclos BiogeoquBiogeoquíímicosmicos

ProduProduççãoãoDiversidadeDiversidade

Planta

Biota do SoloBiota do Solo

BactBactéériasrias FungosFungos

EstruturaEstrutura

ComunidadesPapel FuncionalPapel Funcional

Comunidades

Tscherko et al. (2004)

µµ g

g N

gN

g-- 11

/ n

mo

l FA

g/

nm

ol

FA

g-- 11

InicialInicial

PioneiraPioneira

TransiTransiççãoão

EstabilizadaEstabilizada

RizosferaRizosfera Solo TotalSolo Total RizosferaRizosfera Solo TotalSolo Total

EFEITO DA RIZOSFERA NA MICROBIOTAEFEITO DA RIZOSFERA NA MICROBIOTA

Biomassa Microbiana Biomassa Microbiana

NHRNHR--NN(Ninhydrin(Ninhydrin--reactive nitrogen)reactive nitrogen)

totPLFAtotPLFA(Phospholipids)(Phospholipids)

ASPECTOS FASPECTOS FÍÍSICOS DO SOLO: AGREGADOSSICOS DO SOLO: AGREGADOS

Six J., Kong A., De Gryze S. 2002. Interactions between soil structure and biota control for ecosystem functioning. 18th WCSS, Philadelphia-EUA, julho 2006

MacroagregadosMacroagregados

>250 >250 µµmm

MicroagregadosMicroagregados

5353--250 250 µµmm

FungosFungos

BactBactéériasrias

MatMatééria Orgânicaria Orgânica

ParticuladaParticulada

A MICROBIOTA EM AGREGADOSA MICROBIOTA EM AGREGADOS

Carbono MicrobianoCarbono Microbiano

PlantioPlantio

ConvencionalConvencional

Plantio Plantio

DiretoDireto

FRAFRAÇÇÕES DO SOLOÕES DO SOLO

C (

AM

INO

AC

(A

MIN

OA

ÇÚ

ÇÚ

CA

RES

) (m

g k

gC

AR

ES

) (m

g k

g-- 11

solo

)so

lo)

glucosamine (Glc),glucosamine (Glc), galactosamine (Gal),e muramic acid (MurA) galactosamine (Gal),e muramic acid (MurA)

(Fungo 63% ; Bact(Fungo 63% ; Bactééria 37%)ria 37%)

ASPECTOS QUASPECTOS QUÍÍMICOS DO SOLO: MATMICOS DO SOLO: MATÉÉRIA ORGÂNICA RIA ORGÂNICA

MacroagregadosMacroagregados

>250 >250 µµmm

MicroagregadosMicroagregados

5353--250 250 µµmm

FungosFungos

BactBactéériasrias

Matéria Orgânica

Particulada

Six J., Kong A., De Gryze S. 2002. Interactions between soil structure and biota control for ecosystem functioning. 18th WCSS, Philadelphia-EUA, julho 2006

A MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICOA MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICO

Hifas de fungos estão na superfície de uma partícula de C-pirogênico

FluorescênciaFluorescência

Imagem por microscopia Fluorescência demonstra a presença de microrganismos vivos e que podem ser habitat de microrganismos.Grossman J.M., O’Neill B.E., Gomes J. E, Tsai, S.M, Lehmann, J., Liang B., Thies J.E. (2006)

A MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICOA MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICO

Corante verde indica presença de organismos vivos

ConfocalConfocal

Grossman J.M., O’Neill B.E., Gomes J. E, Tsai, S.M, Lehmann, J., Liang B., Thies J.E. (2006)

Imagem por microrganismos vivos e qumicrorganismos

microscopia confocal demonstra a presença de e podem ser habitat de

.

Biodiversidade e DoenBiodiversidade e Doenççasas

Atividades antropogênicas têm sido crescentes

Entre 1750 e 2000, houve aumentos de:

CO2 - 30%, CH4 - 145%, N2O - 15%

NNúúmero de lesões mero de lesões apapóós 30 ciclos de infecs 30 ciclos de infecççãoão PatPatóógenogeno

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

0 5 10 15 20 25

Após 30 ciclos vegetativos ou 3 ciclos sexuadas de genes – aumento de lesões

Recombinação sexuada pode quebrar mais facilmente combinações favoráveis de genes

Elevado (700 ppm)Ambiente (350 ppm)

Aparecimento de novas Aparecimento de novas raraçças de patas de patóógenos genos mais rapidamentemais rapidamente??

Microclimas mais favo-ráveis às doenças

0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30

Efeito Estufa [COEfeito Estufa [CO22]] Previsão de 2x Previsão de 2x >[>[COCO22]] atatéé 21002100

Aumento da germi-nação do patógeno sob CO2 elevado

Maior área de tecidos foliares

++

++

GerminaGerminaçção do Patão do Patóógenogeno

ESTRESSE AMBIENTAL E DESEQUILÍBRIO

XylellaXylella fastidiosafastidiosa e CVCe CVC

Bactéria

Vetor

AmbienteAmbiente

Planta

Hospedeiros Hospedeiros alternativosalternativos

RISCO RISCO

Riscos biológicos e ecológicos advindos pela introdução de plantas exóticas em

monocultura (Redak et al., 2004)

Riscos biolRiscos biolóógicos e ecolgicos e ecolóógicos advindos gicos advindos pela introdupela introduçção de plantas exão de plantas exóóticas em ticas em

monocultura (Redak monocultura (Redak et alet al., 2004)., 2004)

Qualidade do Solo e ProduQualidade do Solo e Produçção de Alimentos: ão de Alimentos: Novos Desafios na Biologia e Microbiologia do Solo Novos Desafios na Biologia e Microbiologia do Solo

Sistema radicular, área foliar e arquitetura da planta

MaximizaMaximizaçção do potencial ão do potencial biolbiolóógico dos microrganismosgico dos microrganismos

Tolerância a fatores do solo

(<P, >Al, <pH, >salinidade)

Tolerância a fatores de estresses ambientais (temperatura, seca)

Novos parâmetros de seleção

Melhoria da eficiência no uso de nutrientes e nutrição balanceada na cultura

Manejo integrado da cultura:Manejo integrado da cultura:Uso de fontes alternativas de Uso de fontes alternativas de nutrientes incluindo sistemas nutrientes incluindo sistemas biolbiolóógicosgicos

Aproveitamento de biomassas e Aproveitamento de biomassas e resresííduos vegetais: duos vegetais: Reciclagem dos nutrientes Reciclagem dos nutrientes exportados e produexportados e produçção de energia ão de energia renovrenováávelvel

ReduReduçção dos atuais impactos ão dos atuais impactos ambientaisambientais

Considerações Iniciais: Conservação e Sustentabilidade

BENEFBENEFÍÍCIOS DA REVOLUCIOS DA REVOLUÇÇÃO VERDEÃO VERDE

SSééculo 21culo 21

SSééculo 20culo 20

Variedades melhoradas

requerem alta fertilidade do

solo

Elevada fertilidadeElevada fertilidadeGenótipos tradicionais

acamam

Baixa fertilidadeBaixa fertilidadeNão há ganhos em

produtividade

Fertilidade do Solo (Insumos)

Produtivi

dad

e

Universidade de São PauloCentro de Energia Nuclear na Agricultura

Muito Obrigada!Muito Obrigada!

Piracicaba - SP