O potencial das micorrizas nos ecossistemas agrícolas.

Diversidade natural e a integridade do micélio extra-radicular

Luís Alho

Universidade de Évora – ICAAM

Portugal

Micorrizas Arbusculares

Simbiose mutualistas entre fungos do solo e raízes de plantas

As plantas retiram muitos benefícios da sua associação com AMF

(Gupta et al., 2000)

Importância das micorrizas é maior em condições bióticas ou abióticas marginais(Bethlenfalvay and Franson, 1989)

A gestão da micorrização das culturas no sistema de agrícola não é uma realidade

(Abbott and Robson, 1991)

Absorção de P...

A exploração agrícola das capacidades dos AMF é muito limitada:

Simbiontes obrigatórios – Dificuldade na produção inóculos

Escassa diversidade biológica dos inóculos comerciais

Inóculos caros e qualidade duvidosa

Tempo necessário para atingir um nível adequado de colonização (bioprotecção)

Não é compatível com altos níveis de adubação (P)

Micorrizas Arbusculares

http://soil-environment.blogspot.pt/

Micélio Extra-radicular (ERM)

Colonização de raiz iniciada a partir de ERM intacto é mais rápida e intensa do

que a iniciada por outros tipos de propágulos, tais como esporos e fragmentos de raízes colonizadas

(Martins & Read, 1997; Fairchild & Miller, 1988).

Micélio Extra-radicular (ERM)

Root cortex Root cortex

Hipótese de trabalho

A colonização iniciada pelo ERM intacto é mais eficaz na proteção de plantas ?

Se a proteção conferida pelo ERM está associada à diversidade biológica dos AMF ?

Modelo Experimental

Perturbação do solo (ERM partido)

Controlo por

6/7 semanas de crescimento

Fase 1

Silene galica (Myc -) Lolium rigidum (Myc +) Ornithopus compressus (Myc +)

Desenvolver uma rede de ERM de AMF nativo como fonte preferencial de colonização de uma planta cultivada

Fase 2Cultura

TrigoTrevo SubterrâneoTomateMilho

Stresse biótico - Fusarium oxysporum -Sistema de cultua intensivo – Nível de P -

Brito I., Goss M.J. & Carvalho M. (2013). Soil Use and Management 29, 540-546

Crescimento do ERM “Developer”

Herbicida ou corte (ERM intacto)

Stresse abiótico - Mn

0

10

20

30

40

50

60

No-plants Silenegalica

Loliumrigidum

Ornithopuscompressus

% A

rbu

scu

lar

colo

nis

atio

n

a

b

b

b

b

b

a

Trigo e Mn 21 DAP

b

Brito I., Carvalho M., Alho L. and Goss M.J. (2014) Soil Biology and Biochemistry 68, 78-84.

Solo não perturbado(ERM intacto )

Solo perturbado(ERM partido)

Taxa de colonização

0

50

100

150

200

250

300

No-plants Silenegalica

Loliumrigidum

Ornithopuscompressus

Sho

ot

dry

we

igh

t (m

g/p

lan

t)

b

c c cc

cc

a

Silene Ornithopus

Trigo e Mn 21 DAP

Brito I., Carvalho M., Alho L. and Goss M.J. (2014) Soil Biology and Biochemistry 68, 78-84.

Solo não perturbado(ERM intacto )

Solo perturbado(ERM partido)

Peso seco da parte aérea

Trigo e Mn 21 DAP

0

50

100

150

200

250

No-plants Silenegalica

Loliumrigidum

Ornithopuscompressus

Mn

in t

he

sh

oo

ts (

mg

/kg)

a

b

b

b

c

bb

c

Ornithopus Lolium

Diversidade funcional ?

Brito I., Carvalho M., Alho L. and Goss M.J. (2014) Soil Biology and Biochemistry 68, 78-84.

Solo não perturbado(ERM intacto )

Solo perturbado(ERM partido)

Concentração Mn na parte aérea

Efeito da toxicidade de Mn na simbiose tripartida

Trevo sub. x AMF x Rizóbio

• No trevo subterrâneo o efeito negativo de níveis tóxicos

de Mn no crescimento é mais evidente em plantas com

fixação de N2 do que em plantas nutridas com N mineral.

• As cultivares mais tolerantes ao excesso de Mn parecem

ter a capacidade de evitar o Mn nas folhas pela sua

retenção na raiz.

Evans et al. (1987)

O ERM tem efeito na proteção ?

Trevo Sub. e Mn21 DAP

Alho L., Carvalho M., Brito I. and Goss M.J. (2015) Soil Use and Management, 31, 337-344

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Sil Rum Lol Orni

Arb

usc

ula

r co

lon

izat

ion

rat

e

Developer plant

Solo não perturbado(ERM intacto )

bc

e

bd

de

a

b

a

ce

0

20

40

60

80

100

120

Sil Rum Lol Orni

SDW

21

DA

P (

mg/

pla

nt)

Developer plant

cc c

b

c

a

cc

Solo perturbado(ERM partido)

Taxa de colonização Peso seco da parte aérea

Alho L., Carvalho M., Brito I. and Goss M.J. (2015) Soil Use and Management, 31, 337-344

0

300

600

900

1200

1500

Sil Rum Lol Orni

SDW

42

DA

P (

mg/

pla

nt)

Developer plant

b

a

c

Solo não perturbado(ERM intacto )

c

cc

cc

0

100

200

300

400

500

Sil Rum Lol Orni

ND

W 4

2 D

AP

(m

g/p

lan

t)

Developer plant

ccc

b

c

a

cc

Solo perturbado(ERM partido)

Trevo Sub. e Mn42 DAP

Peso seco da parte aérea Peso seco de nódulos

Alho L., Carvalho M., Brito I. and Goss M.J. (2015) Soil Use and Management, 31, 337-344

0

100

200

300

400

Sil Rum Lol Orni

Mn

co

nce

ntr

atio

n (

mg/

kg)

Developer plant

a

Solo perturbado(ERM partido)

a

a

a

a

a

b b

Trevo Sub. e Mn42 DAP

Concentração Mn na raiz

0

100

200

300

Sil Rum Lol Orni

Mn

co

nce

ntr

atio

n (

mg/

kg)

Developer plant

Solo não perturbado(ERM intacto )

Concentração Mn na parte aérea

Disturbed UndisturbedDisturbed UndisturbedDisturbed UndisturbedDisturbed Undisturbed

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Nu

mb

er

of

seq

ue

nce

s p

er

gen

oty

pe

Genotype 1

Genotype 2

Genotype 3

Genotype 4

Genotype 5

A

B

C

C

Trevo Sub. e Mn42 DAP

Diversidade genotípica nos rizóbios presentes nos nódulos

Identificados 5 polimorfismos no gene 16S rRNA

Pirosequenciação 454

Trigo e Trevo vs Mn“Developers”:

Lolium rigidumOrnithopus compressus

21 DAP

35 OTUs diferentes (99% da diversidade)

Apenas alguns com alta frequência

Muitos com baixa frequência

Até 24 OUTs diferentes numa só planta

Diversidade AMF na raiz da planta alvo

Uso da planta “Developer” para gerir a diversidade biológica

Dendograma de similaridade da estrutura da comunidade da AMFs nas raízes de trigo, trevo e plantas “Developer”

Alinhamento segundo o grupo botânico

Dicotiledóneas e Monocotiledóneas Independente do grupo botânico

Alinhamento segundo o hospedeiro antecedente

Brígido C, van Tuinen D, Brito I, Alho L,. Goss MJ, Carvalho M. (2014) First Global Soil Biodiversity Conference. Dijon, France.

Diversidade AMF na raiz da planta alvo

Trigo e Trevo e Mn“Developers”:

Lolium rigidumOrnithopus compressus

21 DAP

Trevo Trigo

Tomate e Fusarium oxysporum16 DAP

Lolium rigidum como planta Developer do ERMFusarium oxysporum em 4 concentrações, aplicado ao solo

AC não foi afectada pelo Fusariumse ERM é a fonte de inóculo

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 103 106 109

Dis

eas

e I

nci

de

nce

Fusarium oxysporum concentration

10 3 10 6 10 9

c

cc

ab

c

bc

aa

0

10

20

30

40

50

60

70

0 103 106 109

% A

C

Fusarium oxysporum concentration

aba

bcc

ac

d

d

d

10 3 10 6 10 9

Solo não perturbado(ERM intacto )

Solo perturbado(ERM partido)

Taxa de colonização

Incidência da doença

Tomate e Fusarium oxysporum16 DAP

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 103 106 109

SDW

(g/

po

t)

Fusarium oxysporum concentration

ab

bc

abb

a

cd

de

e

10 3 10 6 10 9

10 3 10 6 10 9

Solo não perturbado(ERM intacto )

Solo perturbado(ERM partido)

Disturbed UndisturbedDisturbed UndisturbedDisturbed Undisturbed

Milho e Nível de P 21 DAP

♦ Solo não perturbado ● Solo perturbado

Lolium rigidum como planta Developer do ERMP em 4 níveis

Brito I., Carvalho M., Alho L., Caseiro M., and Goss M.J. (2013) - Aspects of Applied Biology 121, 25-30

% AC open bars - undisturbed soil; grey bars - disturbed soilShoot dry matter (g.plant-1) ; ● undisturbed soil; ▲ disturbed soil

Milho e Nível de P 21 DAP

Brito I., Carvalho M., Alho L., Caseiro M., and Goss M.J. (2013) - Aspects of Applied Biology 121, 25-30

O ERM intacto como fonte preferencial de propágulo de AMF podeaumentar consideravelmente os benefícios dos AMF nos sistemas agrícolastanto em condições marginais como em condições de produção maisfavoráveis.

A diversidade biológica dos AMF encontrada teve consequência funcionais

Conclusão

ERM pode ser desenvolvido com a vegetação natural (infestantes)

Por diferentes elementos da rotação da culturas (incluindo cover crops).

ERM deve ser mantido intacto pela adoção de práticas culturais adequadas(sementeira directa ou mobilização reduzida do solo).

Como criar ERM intacto e gerir a diversidade ?

Estratégia do ERM nativo intacto aumenta o potencial dos AMF

Não envolve inoculação – menos dispendioso e mais biodiverso

Apenas requer maneio agronómico adequado

Pode facilmente ser adoptada em culturas em extensivo e

também em sistemas agrícolas mais intensivos.

“Seguro de vida”

Micélio extra-radicular intacto constitui

uma estratégia para os fungos micorrízicos

arbusculares em sistemas agrícolas

Mário Carvalho

Isabel Brito

Luís Alho

Solange Oliveira

Rosário Oliveira

Mariline Caseiro

Rodrigo Abreu

Filipa Santos

Manuel Figo

Michael J. Goss

Diederik van Tuinen

A equipa

This work is funded by FEDER Funds through the OperationalProgramme for Competitiveness Factors - COMPETE and NationalFunds through FCT - Foundation for Science and Technology underthe Strategic Project PEst-C/AGR/UI0115/2011.PTDC/AGR-PRO/111896/2009 - “The role of weed mycorrhiza on thegrowth of winter crops and interactions with native rhizobia underMediterranean conditions”

Clarisse Brígido