Nome do Projeto
Silício associado ao manejo químico das doenças da cevada: repostas fisiológicas, bioquímicas e agronômicas
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/06/2020 - 31/07/2023
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
A mancha marrom (Bipolaris sorokiniana) e a mancha em rede (Drechslera teres) estão estre as principais doenças foliares da cevada reduzindo o rendimento e a qualidade do grão, e causando a sua desvalorização na comercialização. Na espiga, a giberela, causada por complexo de espécies de Fusarium graminearum, compromete em mais de 50% a produtividade e afeta a qualidade de grãos, especialmente pelo acúmulo de micotoxinas produzidas pelo fungo. Na ausência de variedades com resistência genética completa, o manejo dessas doenças é realizado por meio da aplicação de fungicida. O controle químico aumenta o custo de produção e se não realizado no momento correto, resulta em baixa eficiência de controle e há o risco de resíduos do fungicida nos grãos podendo comprometer a fermentação alterando a cor e o sabor da cerveja. Assim, outras medidas que reduzam a taxa de progresso das doenças foliares e da giberela são importantes. Neste sentido, o uso de silício (Si) é uma opção atrativa para esta finalidade. Apesar de não ser considerado um elemento essencial, quando colocado à disposição das plantas, contribui para o seu crescimento, aproveitamento de nutrientes e defesa contra a patógenos. Na cultura da cevada o Si reduziu significativamente o oídio (Blumeria graminis f. sp. hordei). Assim, acredita-se que aplicações de Si no solo podem contribuir para o aumento da resistência da cevada as manchas foliares e a giberela, tornando-se uma medida importante no manejo integrado dessas doenças. Ademais, pelo fato de o Si ser benéfico para a saúde humana e a cevada é uma importante fonte do elemento, a fertilização com Si pode aumentar a sua concentração no grão. Neste estudo, propõe-se avaliar o efeito da aplicação do Si no solo sobre o desenvolvimento da mancha marrom e da giberela. Para tal, em casa de vegetação e laboratório serão realizadas analises para avaliar os mecanismos bioquímicos e histológicos de defesa das plantas de cevada contra B. sorokiniana, e o dano na fotossíntese da planta quando desafiada pelo patógeno na presença de Si no solo. Em condições de campo será avaliado o efeito do Si, associado com a pulverização de fungicida, no progresso da severidade das doenças (da folha e da espiga), na produtividade e qualidade sanitária (fungos e micotoxinas) e industrial da cevada.

Objetivo Geral

Avaliar o efeito do Si isolado e associado à fungicida em variáveis fisiológicas, bioquímicas e na resistência a doenças em plantas de cevada. Validar em condições de campo o uso do silício associado a aplicação de fungicida e resistência parcial de cultivares para o manejo das doenças da folha e da espiga e na produtividade e qualidade dos grãos. Conhecer as espécies de Fusarium infectando plantas de cevada no Rio Grande Sul e a acumulo de micotoxinas deoxinivalenol.

Justificativa

No Rio Grande do Sul é produzido aproximadamente 50% do total da cevada brasileira, entretanto a produtividade e qualidade dos grãos são baixos, muito aquém do potencial genético das cultivares e das exigências da indústria cervejeira. A malteação é o principal uso da cevada brasileira, por ser o principal ingrediente para a fabricação de cerveja, bebida na qual o Brasil é o terceiro maior produtor. Entretanto, mesmo com o mercado consolidado, a produção nacional supre apenas 35% da demanda da indústria cervejeira, necessitando importar o déficit. Diante disso, as indústrias cervejeiras, buscando o aumento das áreas de cultivo e produção têm fomentado incentivo aos produtores de cevada, através da compra antecipada da safra antes mesmo do seu plantio. Porém, para isso é necessário atender o padrão de qualidade exigido pela indústria cervejeira. As doenças foliares e da espiga estão entre os principais fatores limitantes para altas produtividades de grãos com qualidade fisiológica e sanitária. No aspecto qualidade, além das exigências mínimas da indústria cervejeira, a presença de micotoxinas, como deoxinivalenol produzida por espécies fúngicas do gênero Fusarium, destaca-se devido aos efeitos danosos que causa em humanos, fato que leva a rejeição, para malteação, de muitos lotes de cevada. O potencial de produzir micotoxina varia com a espécie de Fusarium, porém é desconhecido quais são as espécies predominantes nas lavouras brasileiras. Não obstante, como as cultivares de cevada disponíveis são suscetíveis a várias das doenças que ocorrem na cultura, uma prática rotineiramente adotada pelos produtores para reduzir os danos no rendimento é a pulverização de fungicida. No entanto, há estudos que indicam que a ocorrência de resíduos de fungicidas em grãos pode comprometer a fermentação, interferindo na cor e sabor da cerveja. A presença de resíduos de fungicidas em grãos está relacionada, entre outros fatores, ao posicionamento equivocado das aplicações em relação aos estádios fenológicos de desenvolvimento da cultura. Assim, nossa proposta é avaliar o efeito da aplicação de silício, via fertilização silicatada no solo, visando incrementar a expressão da resistência parcial das plantas de cevada, e por conseguinte, melhorando a qualidade dos grãos, devido ao menor dano na produtividade pelas doenças e acúmulo de micotoxinas, bem como pelo melhor controle pelos fungicidas. Considerando, com base em outras espécies vegetais (trigo, arroz, cana de açúcar, entre outras) que haverá menor progresso das doenças nas plantas supridas
com Si, isso permitirá um reposicionamento das aplicações de fungicida para os momentos críticos, reduzindo a chance de resíduos nos grãos. Ademais, pelo fato da cevada, mais especificamente a cerveja derivada deste cereal, ser uma fonte de silício, elemento benéfico, para humanos, o incremento na disponibilização do elemento no solo poderá incrementar a sua concentração no grão e por conseguinte na bebida. Neste projeto visamos verificar a potencialidade do uso do silício, como medida complementar no manejo integrado das doenças da cevada. Os estudos serão realizados em casa de vegetação e em condições de campo. Os estudos realizados em casa de vegetação, através das análises bioquímicas, fornecerão informações preciosas de como o silício afeta a resistência da planta, bem como a sua influência sobre aspectos fisiológicos vitais da planta (tal como a fotossíntese, interferida pelos patógenos e que compromete a quantidade e qualidade do grão produzido). Ademais, a associação com pulverização foliar do fungicida de maneira preventiva, busca demonstrar se o silício influência no poder residual do produto, possibilitando a redução das demandas de reaplicações ao longo do ciclo da cultura. Essas informações servirão de base para o reposicionamento das aplicações de fungicidas em condições de campo. No campo, os estudos, envolvendo a fertilização silicatada e a aplicação de fungicida, serão realizados com diferentes cultivares de cevada e sob ocorrência natural dos patógenos. A informação obtida destes estudos possibilitará determinar os ganhos na produtividade e qualidade dos grãos de cevada, conforme exigência da indústria, e a viabilidade técnica-econômica de utilização destas ferramentas de manejo de doenças pelos produtores de cevada. Além dos aspectos técnicos para a cultura da cevada, este projeto também viabilizará a realização de uma Dissertação de Mestrado e uma Tese de Doutorado junto ao Programa de Pós-Graduação em Fitossanidade da UFPel, fato que estará contribuindo com a formação de recursos humanos qualificados e integrados com o setor produtivo, bem como possibilitará o incentivo ao graduandos em Agronomia por meio da participação atividades do projeto, por meio de iniciação científica.

Metodologia

Os experimentos serão realizados em condições de casa de vegetação e campo. Os estudos em ambiente controlado serão realizados na casa de vegetação pertencente do Departamento de Fitossanidade (DFS) da Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel da Universidade Federal de Pelotas-UFPEl. Estudos de campo serão realizados no Centro Agropecuário da Palma pertencente a UFPel. As análises fisiológicas, bioquímicas e agronômicas serão realizadas no Laboratório da Interação Planta-Patógeno – LIPP do DFS/FAEM/UFPel. O levantamento das espécies de Fusarium a giberela da cevada será realizado por meio da coleta de plantas sintomáticas nas lavouras das principais regiões produtoras do cereal do Rio Grande do Sul. Após a colheita, amostras de grãos serão analisadas para quantificar a micotoxina deoxinivalenol em cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC).
Estudos em casa de vegetação
Material vegetal e cultivo: Sementes de cevada serão semeadas em vasos plásticos com capacidade 5 litros, contendo aproximadamente 4 kg de solo. Em cada vaso será mantido quatro plantas.
Fertilização e aplicação do Si: A fertilização e a dose de silicato de cálcio serão definidas com base na análise química do solo. A fertilização será realizada conforme recomendações técnicas para o cultivo da cevada. O silício (Si) será fornecido na forma de silicato de cálcio, o qual contém primariamente os elementos Si e Ca. A dose de silicato de cálcio será aplicada para elevar o pH do solo até 6.0. O silicato de cálcio será misturado ao solo com no
mínimo 30 dias antes da semeadura para que ocorra a solubilização dos elementos minerais.
Preservação do fungo e procedimento de obtenção do inóculo O isolado fúngico utilizado para inoculação dos experimentos será proveniente do isolamento de plantas sintomáticas presente no campo. A preservação do fungo será em água destilada esterilizada e mantido em temperatura de 10°C. Para obtenção do inóculo, o fungo será cultivado em meio de cultura e os conídios produzidos serão coletados em água esterilizada e a concentração ajustada conforme o estudo. A suspensão de conídios será utilizada para inoculação das plantas por meio de aspersão em todas as folhas.

Estudo I: Efeito do silício nas respostas fotossintéticas de plantas de cevada contra Bipolaris Sorokiniana
Delineamento experimental O experimento será realizado em delineamento experimental inteiramente casualizado. O experimento será considerado fatorial para análise dos dados. Sendo uma cultivar de cevada, suprida ou não com silício, com e sem aplicação preventiva de fungicida e inoculadas ou não com B. sorokiniana. Serão utilizadas cinco repetições, sendo cada repetição quatro plantas em um vaso.
Aplicação do fungicida: Para aplicação do fungicida será seguido às orientações descritas nas indicações técnicas para a produção de cevada cervejeira visando o controle de doenças. A aplicação do fungicida será realizada com pulverizador costal propelido à CO2, com o volume de calda ajustado para 200 L ha1. O fungicida será pulverizado de forma preventiva, quinze (15) dia antes da inoculação do patógeno, objetivando identificar se o Si, pode prolongar a atividade residual do fungicida, o que atrasaria ou eliminaria a necessidade da segunda aplicação de fungicida.
Inoculação das plantas com o patógeno: A inoculação será por meio da pulverização da suspensão de esporos, ajustada para 1 x 104 conídios por mL, após aplicação dos tratamentos, na superfície das folhas com auxílio de um borrifador manual. Toda a superfície foliar de todas as plantas será completamente coberta pela pulverização, contudo sem provocar escorrimento superficial. Após a inoculação, as plantas serão mantidas por 48h em câmara de nevoeiro e temperatura 25 ± 3°C.
Determinação das trocas gasosas e a fluorescência da clorofila a: As avaliações dos parâmetros fotossintéticos serão realizadas após aplicação dos tratamentos e inoculação do patógeno, seguindo a metodologia descrita por Graciano et al. (2016), utilizando-se de um analisador de gases infravermelho. Com este equipamento, a condutância estomática de vapores de água, taxa transpiratória, concentração interna de CO2, e taxa fotossintética serão determinados. A imagem da fluorescência da clorofila a será mensurada, utilizando-se de um fluorômetro–PAM, que determinara as variáveis de rendimento quântico máximo do PSII, fluxo específico de energia dissipada, fluxo de transporte de elétrons por centro de reação no tempo zero e rendimento quântico de transporte de elétrons.
Determinação da concentração dos pigmentos fotossintéticos: Após as avaliações fotossintéticas, as folhas bandeira de duas plantas de cevada, por repetição, serão coletadas e armazenadas em ultrafreezer, até a realização da extração e a quantificação da clorofila a/b, total e carotenoides, conforme a metodologia proposta por Dallagnol et al. (2011), com algumas modificações.
Avaliação da doença: Para mensurar o efeito dos tratamentos sobre a resistência das plantas de cevada será avaliado a número de lesões por unidade de área, a taxa de expansão de lesão, a qual indica a velocidade, em função do tempo, da colonização dos tecidos da planta pelo patógeno e a severidade, que é a porcentagem da área foliar afetada pela doença.
Rendimento: Na fase de maturação fisiológica da cultura, através da debulha manual das espigas, será determinado o número de grãos por espiga, peso dos grãos por espiga e a produção por planta.
Concentração de Si na folha: Amostras de tecido foliar utilizadas para avaliar a severidade da doença, serão coletadas no final do experimento, secadas em estuda a 70° C durante 72 horas e moídas até um pó fino e utilizadas para quantificação da concentração de Si conforme descrito em Dallagnol et al. (2011).

Estudo II: Mecanismo de defesa de plantas de cevada contra Bipolaris Sorokiniana potencializados pelo silício.
Delineamento experimental: O experimento será realizado em delineamento experimental inteiramente casualizado. O experimento será considerado fatorial para análise dos dados. Sendo uma cultivar de cevada, suprida ou não com silício, com e sem aplicação preventiva de fungicida e inoculadas ou não com B. sorokiniana. Serão utilizadas cinco repetições, sendo cada repetição quatro plantas em um vaso.
Aplicação do fungicida Conforme descrito no estudo I.
Inoculação do patógeno nas plantas: Conforme descrito no estudo I.
Quantificação dos compostos fenólicos solúveis totais (CFST) e individuais (CFSI): Amostras foliares de cada tratamento serão coletadas após aplicação dos tratamentos e inoculação do patógeno. Imediatamente após a coleta, as amostras serão congeladas em N2 e armazenadas em -70°C até análise. A quantificação de CFST será pelo método de Zieslin e Ben-Zaken (1993). A determinação do CFSI, será a partir da solução obtida da quantificação do CFST, qual será preparada seguindo a metodologia descrita por Dorneles et al. (2018) e separados e quantificados utilizando o equipamento de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC)
Determinação da concentração de aldeído malônico (MDA) e extravasamento de eletrólitos (EE): Amostras foliares de cada tratamento serão coletadas após aplicação dos tratamentos e inoculação do patógeno. Imediatamente após a coleta, as amostras serão congeladas em N2 e armazenadas em ultra-freezer (-70°C) até a realização das análises. Sendo a quantificação do MDA e EE conforme a metodologia descrita por Tarhanen et al. (1999).
Avaliação da doença Conforme descrito no estudo I
Concentração de Si na folha Conforme descrito no estudo I

Estudo em campo Estudo III. Rendimento e qualidade de grãos de cevada produzidos por plantas supridas com silício e tratadas com fungicida em parte aérea
Delineamento experimental O experimento será realizado em delineamento experimental de blocos casualizados. O experimento será considerado fatorial para análise dos dados. Os fatores serão as cultivares (suscetível e moderadamente resistente), o Si (com e sem Si) e programas de manejo com fungicida. Serão utilizadas quatro repetições, cada repetição constituída por uma parcela de 10 m² (2 × 5 m).
Material vegetal e cultivo A semeadura será realizada na época recomendada utilizando-se 300 sementes por m². A semeadura será realizada em linhas espaçadas 0,2 m. A área a ser utilizada apresenta histórico de ocorrência da doença, portanto não será realizada a inoculação das plantas no campo.
Fertilização e aplicação do Si: Conforme descrito no estudo I e II
Aplicação do fungicida : Conforme descrito no estudo I
Avaliação das doenças foliares: A incidência e a severidade das doenças foliares será realizada quizenalmente, desde a emergência até a maturação fisiológica. Para determinar a severidade das doenças a área foliar comprometida será estimada utilizando escala diagramática e ou a escala de Horsfall e Barrat.
Determinação de índices fisiológicos O índice de clorofila, flavonóides e antocianinas serão medidos usando fluorômetro portátil Dualex FORCE-A em folhas da parte superior, média e inferior da planta, após aplicação dos tratamentos em diferentes estágios fenológico da cultura.
Avaliação da giberela A incidência e a severidade da giberela serão avaliadas em diferentes momentos, após a antese, a partir da amostragem de 100 espigas por repetição.
Rendimento, qualidade industrial e sanitária da cevada Após a colheita manual das plantas das linhas centrais de cada parcela serão determinados a produtividade (kg ha-1), o peso de mil grãos e peso hectolitro. Para a qualidade sanitária, serão realizados os testes de blotter test conforme as Regras de Analise de Sementes, para identificação dos patógenos presentes. Em relação a qualidade, será determinado a granulometria dos grãos em peneira de malha de 2,5 mm, teor de proteína, atividade da enzima β-glucanases e a porcentagem de germinação dos grãos. Detecção e a quantificação de micotoxina por LC/MS.

Indicadores, Metas e Resultados

Além do ganho científico e tecnológico previsto, o qual é altamente impactante na cultura da cevada e à pesquisa em fitopatologia do cereal, a execução desta proposta impactará na formação de profissionais com qualidade uma vez que envolve aspectos da cultura em condições de campo, casa de vegetação e laboratório. No âmbito sócio
econômico espera-se proporcionar aos produtores uma alternativa a ser utilizada visando melhorar a eficácia do manejo de doenças na cultura da cevada, aliado uma a redução no emprego de agrotóxicos, além de minimizar as perdas de comercialização, devido ao incrementando na produção e qualidade do grão produzido, conforme a exigência do mercado. No âmbito acadêmico, espera-se o desenvolvimento de teses, dissertações e trabalhos de iniciação cientifica o que possibilitará o treinamento de pessoas para o mercado de trabalho, ensino e pesquisa. Ademais, possibilitará aos acadêmicos a participação em eventos nacionais e internacionais para a divulgação dos resultados fato que dará visibilidade nacional e internacional à UFPel e a pesquisa gaúcha.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ANDERSON EDUARDO BRUNETTO
CESAR VALMOR ROMBALDI1
EDUARDO GUATIMOSIM
JULIANA APARECIDA FERNANDO2
KEILOR DA ROSA DORNELES
LEANDRO JOSE DALLAGNOL3
TAILINE MANSKE HOLZ

Fontes Financiadoras

Sigla / NomeValorAdministrador
FAPERGS / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado Rio Grande do SulR$ 49.600,00Coordenador

Plano de Aplicação de Despesas

DescriçãoValor
Manutenção de máquinas e equipamentosR$ 7.305,00
Outros serviçosR$ 8.305,00
Despesas com diáriasR$ 3.200,00
Material de laboratórioR$ 22.420,00
Equipamentos e material permanente (móveis, máquinas, livros, aparelhos etc.)R$ 8.370,00

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