Nome do Projeto
Controle Biológico da mancha-parda do Arroz por pulverização foliar de Bactérias sob Estresses Ambientais Provocados por Mudanças Climáticas: crescimento, sobrevivência e produção de compostos antimicrobianos
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
31/03/2020 - 30/03/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
O arroz é cultivado e consumido em todo mundo, e possui grande importância socioeconômica. Sua produtividade sofre interferência direta de fatores abióticos e fatores bióticos, como a incidência de doenças, destacando-se as manchas foliares, principalmente a mancha-parda, causada por Bipolaris oryzae. Existem produtos químicos registrados para o controle de manchas foliares, porém seu uso eleva os custos de produção e a pressão de seleção para surgimento de populações resistentes, além dos prejuízos causados à saúde e ao ambiente, uma vez que o arroz é cultivado principalmente em sistema irrigado. Devido a isso, buscam-se alternativas para o uso de agrotóxicos, sendo o método mais estudado o biocontrole por microrganismos. Nesse contexto, o grupo de pesquisa “Bactérias Biocontroladoras de Doenças de Plantas e Promotoras de Crescimento Vegetal” da UFPel, intitulado, selecionou, após anos de pesquisa, as bactérias biocontroladoras DFs416, DFs418, DFs185 e DFs223 com potencial para o controle de doenças do arroz, assim como controle de fitonematóides, quando utilizadas individualmente ou em combinação para a microbiolização de sementes. Entretanto, o comportamento destas bactérias biocontroladoras é conhecido apenas quando aplicadas em sementes, sendo necessário explorar seu efeito quando pulverizadas sob diferentes condições ambientais. Por outro lado, sabe-se que o ambiente influencia a suscetibilidade da planta, em todas as etapas da interação planta-patógeno-biocontroladores e que umidade, temperatura e radiação UV afetam diretamente o crescimento, multiplicação, sobrevivência dos microrganismos, bem como suas atividades. Assim, as variações ambientais podem interferir no metabolismo dos microrganismos afetando a produção/degradação de compostos envolvidos no biocontrole, da mesma forma que afeta patógenos. Neste sentido, mudanças climáticas, podem intensificar os efeitos dos estresses ambientais sobre a interação planta-patógeno-biocontroladores, entretanto, são poucas as informações sobre estes efeitos em relação ao biocontrole. Dessa forma, o projeto pretende determinar curvas de crescimento de biocontroladoras sob diferentes temperaturas, estudar sua sobrevivência sob efeito de UV, sua capacidade em formar biofilme e seu crescimento em diferentes potenciais hídricos; verificar sua capacidade de produzir compostos antimicrobianos associados a diferentes mecanismos de ação (Parasitismo: produção de quitinases, proteinases e lipases; Antibiose: produção de compostos hidrossolúveis e voláteis; Competição: produção de sideróforos), além do biocontrole in vivo (Folhas destacadas em estádio V9/R1; Plantas em estádio V3/V4) por pulverizações foliares (preventivas; curativas), sob diferentes temperaturas. Os trabalhos serão conduzidos em laboratório e câmara de crescimento, onde serão avaliados quatro isolados bacterianos (Pseudomonas DFs185 e DFs223, Bacillus DFs416 e DFs418) individualmente, in vitro e in vivo. Ao concluir o trabalho pretende-se selecionar a(s) bactéria(s) biocontroladora(s) adaptada(s) a diferentes estresses ambientais provocados por mudanças climáticas que quando pulverizada em folhas controle doenças do arroz. A seleção de bactéria biocontroladora estabelecerá base para a geração de um produto formulado passível de registro para o controle de doenças com produtividade similar ou superior à obtida pelo emprego do controle químico. Esta tecnologia mais barata e de fácil acesso aos pequenos produtores rurais poderá resultar em substituição parcial ou total emprego dos compostos químicos para o controle de patógenos do arroz, reduzindo a contaminação do ambiente, em especial das águas usadas em cultivos inundados.

Objetivo Geral

Avaliar o efeito de condições de estresses ambientais provocados por mudanças climáticas sobre o crescimento, a sobrevivência e a capacidade de produção de compostos relacionados ao biocontrole in vitro, e o biocontrole in vivo por pulverização foliar de bactérias pré-selecionadas como biocontroladoras de mancha-parda da cultura do arroz.

Justificativa

O arroz (Oryza sativa L.) é um dos principais alimentos consumidos no Brasil e no mundo, independentemente da classe social. Possui elevada importância econômico-social mundial, relacionada à geração de empregos e renda para os países produtores (FAO, 2016).
Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB, 2018) na safra 2017/18, a produção total do país foi de aproximadamente 11,6 milhões de toneladas em uma área de 1,94 milhões de hectares. Apesar do grande volume produzido, existem diversos fatores que contribuem para a redução da produtividade e qualidade do produto colhido, fatores estes de ordem abiótica, influenciados pelas condições ambientais e principalmente fatores bióticos, como a incidência de doenças (MACLEAN et al., 2013).
Dentre as doenças fúngicas que incidem sobre a cultura, destacam-se aquelas da parte aérea, como a mancha-parda [Bipolaris oryzae (Breda de Haan) Shoem - teleomorfo: Cochliobolus miyabeanus (Ito & Kuribayashi)], brusone [Pyricularia grisea (Cooke) - teleomorfo: Magnaphorte grisea (T.T. Herbert) Yaegashi & Udagawa], escaldadura [Gerlachia oryzae (Hashioka & Yokogi) W. Gams - teleomorfo: Monographella albescens (Thümen) Parkinson, Sivanesan e C. Booth] e a queima-das-bainhas [Rhizoctonia solani Kuhn - teleomorfo: Thanatephorus cucumeris (Frank) Donk], capazes de reduzir a produtividade da cultura em até 50% (BEDENDO & PRABHU, 2016).
A mancha-parda encontra-se amplamente distribuída nas regiões de produção de arroz pelo mundo, principalmente em zonas de clima tropical (FARR & ROSSMAN, 2018). A severidade da doença varia de acordo com as cultivares utilizadas, estádio vegetativo da planta, sendo os estádios iniciais e finais os mais suscetíveis, e ainda, pelas condições ambientais (BARNWAL et al., 2013). Os sintomas podem ser encontrados em toda planta, concentrando-se em folhas e grãos em forma de manchas de cor marrom escuro ou marrom avermelhado, arredondadas ou ovaladas, apresentando centro cinza (BEDENDO & PRABHU, 2016).
Diante da grande importância econômico-social da cultura do arroz, buscam-se alternativas para o controle de suas doenças, a fim de obter maior produção aliada à qualidade dos grãos. Além disso, uma vez que o arroz é cultivado principalmente sob sistema irrigado, há uma preocupação crescente com os problemas ambientais causados pelas atividades agrícolas desenvolvidas, manejo e principalmente pela utilização indiscriminada de agrotóxicos no controle de pragas (GUPTA, 2016).
Dentre os métodos de controle recomendados para a mancha parda, encontram-se o controle genético – que consiste no emprego de cultivares resistentes, entretanto a resistência por parte das cultivares pode ser facilmente quebrada pelo surgimento de novas raças do patógeno; o controle cultural - envolvendo preparo antecipado do solo, utilização de sementes sadias, adubação recomendada para a cultura (AGRIOS, 2005); o controle químico - através do uso de fungicidas, principalmente dos grupos químicos dos triazóis, estrobilurinas e ditiocarbamatos (AGROFIT, 2018), aplicadas em sementes ou pulverizações durante o desenvolvimento da cultura, que podem causar contaminação do ambiente; e o controle biológico, o qual consiste na introdução de microrganismos biocontroladores, capazes de inibir o desenvolvimento de fitopatógenos através de uma série de mecanismos (BEDENDO et al., 2011).
A utilização de microrganismos para o controle biológico de doenças de plantas apresenta-se como uma alternativa ao uso de agrotóxicos no controle de doenças, causando menor impacto ambiental, proporcionando maior equilíbrio aos ecossistemas (BEDENDO et al., 2011; WU et al., 2014).
A utilização de microrganismos que atuam por diferentes mecanismos de ação, englobando antagonismo pela produção de antibióticos; parasitismo pela produção de enzimas hidrolíticas capazes de degradar a parede celular dos fungos fitopatogênicos; competição por espaço e nutrientes no ambiente em que estão inseridas; e indução de resistência tem se mostrado eficientes, tanto por fungos como por bactérias (BURKEOTOVÁ et al., 2015; SINGH et al., 2019).
Microrganismos com potencial para o controle biológico de doenças devem apresentar concomitantemente uma série de características desejáveis: capacidade de sobrevivência, persistência e multiplicação no ambiente em que estão inseridos; atuação por diferentes mecanismos de controle; não ser patogênico ao homem, aos animais e as plantas cultivadas; ser de fácil adaptação no ambiente; ser compatível com agrotóxicos utilizados na cultura (manejo integrado); ter baixa frequência de mutações; ser de fácil cultivo, multiplicação e formulação; ter ação contra diversos fitopatógenos; atuar em diferentes plantas hospedeiras e ser resistente a baixas e altas temperaturas (BEDENDO et al., 2011). A combinação dessas características é importante e determinante para o sucesso do biocontrole de doenças.
Têm crescido os debates e pesquisas ligados a questões ambientais, como o efeito das mudanças climáticas sobre os ecossistemas e o impacto das atividades agrícolas sobre o ambiente. Sendo assim, para aumentar a produção agrícola de maneira sustentável, buscam-se alternativas que proporcionem maior resiliência aos cultivos agrícolas, possibilitando a oferta de alimentos utilizando menos recursos, e gerando menor impacto negativo ao ambiente (RINGLER et al., 2014).
Os efeitos das mudanças climáticas sobre o ambiente englobam o aumento da temperatura média da superfície do planeta (0,2ºC a cada década), o aumento da concentração de dióxido de carbono (CO2) atingindo níveis superiores aos relatados nos últimos 800 anos; aumento do nível do mar pelo descongelamento das geleiras polares, ressecamento acelerado da superfície do solo pela diminuição de períodos chuvosos, aliado a temperaturas mais elevadas; e destruição da camada de ozônio, desencadeada principalmente pelo aumento da emissão de gases de efeito estufa, resultando em maior radiação ultravioleta-B (UV-B) sobre a superfície do planeta (LETCHER, 2016).
Sabe-se que o ambiente influencia a suscetibilidade da planta hospedeira, em todas as etapas da interação planta-patógeno-biocontroladores. Por outro lado, as variáveis: umidade relativa do ar, temperatura, radiação UV, vento, afetam diretamente o desenvolvimento, multiplicação, sobrevivência e atividades dos microrganismos (BEDENDO et al., 2011).
As variações ambientais podem interferir no metabolismo dos microrganismos biocontroladores de modo a diminuir ou aumentar a produção, ou degradação de compostos envolvidos no biocontrole, da mesma forma afeta organismos saprófitos e endofíticos que interagem com as plantas (patógenos e agentes de biocontrole), interferindo na ocorrência e desenvolvimento das doenças de plantas (BEDENDO et al., 2011). No entanto, são poucas as informações sobre os efeitos das mudanças climáticas em relação ao controle biológico de doenças de plantas.
Embora os microrganismos tenham sido capazes de colonizar grande parte da biosfera terrestre com sucesso, alguns grupos são adaptados a crescer e produzir compostos em baixas temperaturas, respondendo de forma eficiente em temperaturas amenas (MEENA et al., 2015). Em contrapartida, outros grupos apresentam adaptação à temperaturas elevadas, sendo eficientes em condições específicas de temperatura (CHANG & YANG, 2009).
Existem relatos do emprego de bactérias aplicadas via microbiolização de sementes (SABATÉ et al., 2017; GOWTHAM et al., 2018), pulverização foliar (AGRIOS, 2005; MENG et al., 2015; TOKPAH et al., 2016; YANG et al., 2017; LIU et al., 2018) ou solo (ROY et al., 2018) em arroz (VIDHYASEKARAN et al., 1997; VIDHYASEKARAN & MUTHAMILAN, 2010; CHANDLER, et al., 2015; MENG et al., 2015) e em diferentes culturas (KHEDHER et al., 2015; SARWAR et al., 2018; YANG et al., 2018), buscando controlar doenças fúngicas e bacterianas, sendo estas aplicadas separadamente sobre as culturas, ou em misturas, até mesmo utilizando moléculas químicas, trazendo níveis de controle satisfatórios. Entretanto, informações acerca do efeito da pulverização foliar de agentes de biocontrole e de estresses ambientais sobre plantas pulverizadas com eles são restritas, especialmente para controle da mancha parda na cultura do arroz.
Nesse contexto, o grupo de pesquisa do Programa de Pós Graduação em Fitossanidade da Universidade Federal de Pelotas, intitulado “Bactérias Biocontroladoras de Doenças de Plantas e Promotoras de Crescimento Vegetal”, selecionou, após vários anos de pesquisa, as bactérias biocontroladoras DFs416, DFs418, DFs185 e DFs223 com potencial para o controle de doenças da cultura do arroz (LUDWIG et al., 2009; SOUZA JÚNIOR et al., 2010; MOURA et al., 2014; SOUZA JÚNIOR et al., 2017), assim como controle de fitonematóides (SOUZA JÚNIOR et al., 2010; LUDWIG et al., 2013), quando utilizadas individualmente ou em combinação para a microbiolização de sementes. Entretanto, o comportamento destas bactérias biocontroladoras é conhecido apenas quando aplicadas via tratamento de sementes, sendo necessário explorar seu efeito quando aplicado via pulverização foliar sob diferentes condições ambientais.
Diante disso, este estudo terá como objetivo avaliar o crescimento e a capacidade de produção de compostos relacionados ao biocontrole in vitro, e o biocontrole in vivo, de bactérias pré-selecionadas como biocontroladoras de mancha-parda da cultura do arroz, sob condições de estresses ambientais provocados por mudanças climáticas.

Metodologia

Seräo avaliados diversos aspectos relacionados a capacidade de sobrevier e de produzir compostos relacionados ao biocontrole in vitro, bem como a capacidade de biocontrole in planta. Para tanto seráo utilizadas metodologias clássicas descritas em livros e também novas metodologias descritas em diversos artigos científicos.

Indicadores, Metas e Resultados

METAS
• Estudar efeitos provocados por mudanças climáticas pelo menos quatro níveis de temperatura, ou de tempo de exposição à luz ultravioleta, ou de potencial hídrico;
• Estudar efeitos da temperatura na produção de pelo menos três compostos associados ao biocontrole;
• Estudar efeitos da temperatura na produção de pelo menos dois grupos compostos antimicrobianos;
• Estudar efeitos da temperatura no biocontrolein vivo em pelo menos dois períodos distintos de pulverização foliar;
• Selecionar pelo menos uma bactéria biocontroladora que apresente adaptação quanto às variações climáticas;
• Formar recursos humanos ao nível de pós-graduação, associado com alunos de iniciação científica;
• Publicar pelo menos dois artigos em periódicos indexados de nível internacional;
• Fortalecer a linha de pesquisa dentro do programa de pós-graduação em Fitossanidade (PPGFs).

RESULTADOS
Avanço do conhecimento do efeito dos diferentes estresses ambientais provocados por mudanças climáticas sobre microrganismos biocontroladores e sobre o biocontrole exercido por eles.
Seleção de bactéria biocontroladora adaptada a diferentes estresses ambientais provocados por mudanças climáticas que quando pulverizada em folhas controle doenças do arroz.

IMPACTO ECONOMICO
A seleção de bactéria biocontroladora (adaptada a diferentes estresses ambientais provocados por mudanças climáticas) estabelecerá base para a geração de um produto formulado passível de registro para o controle de doenças com produtividade similar ou superior à obtida pelo emprego do controle químico.

IMPACTO SOCIAL
A seleção de bactéria biocontroladora (adaptada a diferentes estresses ambientais provocados por mudanças climáticas) e, subseqüente geração de um produto formulado, resultará em tecnologia mais barata e de fácil acesso aos pequenos produtores rurais.

IMPACTO AMBIENTAL
A seleção de bactéria biocontroladora (adaptada a diferentes estresses ambientais provocados por mudanças climáticas) e, subseqüente geração e uso de produto resultará em substituição parcial ou total emprego dos compostos químicos para o controle de patógenos do arroz, reduzindo a contaminação do ambiente, em especial das águas usadas em cultivos inundados.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ANDREA BITTENCOURT MOURA BACCARIN4
RAFAEL DE AGUIAR CHAVES

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