4. DOENÇAS DE PLANTAS E O CLIMA Eduardo S. G. Mizubuti, Luiz Antônio Maffia, Marcos Heil Costa

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1 MEIO AMBIENTE E CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS 4. DOENÇAS DE PLANTAS E O CLIMA Eduardo S. G. Mizubuti, Luiz Antônio Maffia, Marcos Heil Costa ÍNDICE INTRODUÇÃO RESUMO COMPETÊNCIAS PALAVRAS-CHAVE 4.1. PATÓGENOS Introdução Triângulo de doenças Os fungos Ciclo de vida dos fungos esporos Ciclo de vida dos fungos tubo germinativo Ciclo de vida dos fungos apressório Ciclo de vida dos fungos colonização Ciclo de vida dos fungos esporulação As bactérias Os vírus Os nematóides 4.2. MICROCLIMA E DOENÇAS DE PLANTAS Introdução Abrigos meteorológicos Microclima e o ciclo de vida dos fungos germinação Microclima e o ciclo de vida dos fungos esporulação Microclima e o ciclo de vida dos fungos dispersão Microclima e o ciclo de vida dos fungos sobrevivência Previsão de doenças Simulação do efeito do microclima Coleta de dados GMP ATIVIDADES PERGUNTAS E RESPOSTAS GLOSSÁRIO LINKS AVALIAÇÃO

2 INTRODUÇÃO RESUMO Nessa aula, abordaremos o conceito de doenças de plantas e sua importância. Discutiremos também os agentes causadores de doenças mais importantes dando destaque aos fungos, causadores das maiores perdas na agricultura. COMPETÊNCIAS Capacitar à compreensão da importância da prevenção e identificação das doenças de plantas para a agricultura. Tomar conhecimentos de algumas técnicas usadas na detecção de doenças de plantas. PALAVRAS-CHAVE Patógenos, fungos, bactérias, vírus, nematóides, clima, microclima, triangulo das doenças, PCDs, esporos, agricultura, hifas, autrófico, heterótrofo.

3 4.1. PATÓGENOS Introdução As doenças de plantas geralmente são causadas por microrganismos que interferem no seu metabolismo, provocando uma série de processos fisiológicos prejudiciais. Esses microorganismos são chamados de patógenos ou fitopatógenos. Os mais comuns são: Fungos; Bactérias Vírus Nematóides TRIÂNGULO DE DOENÇAS Para que uma doença possa completar com sucesso todas as fases do seu ciclo de vida e causar epidemias no campo, é necessário que existam três elementos para formar o triangulo das doenças: hospedeiro, inóculo de patógeno virulento e ambiente. Hospedeiro: plantas vulneráveis; Inóculo de patógeno virulento: patógenos ou partes de patógenos como esporos fúngicos ou ovos de nematóides capazes de causar doenças. Ambiente: condições ambientais favoráveis à interação do agente causador da doença com a planta OS FUNGOS Em todo o mundo, os fungos são os fitopatógenos mais importantes, pois eles causam a maioria das doenças de plantas que prejudicam a agricultura. Os fungos são organismos uni ou multicelulares que não possuem clorofila (aclorofilados) e são incapazes de produzir o próprio alimento (heterótrofos). Eles possuem filamentos que se reproduzem formando esporos (Figura 2). Estes filamentos que fazem parte do corpo dos fungos são denominados hifas. A ferrugem do cafeeiro é causada pelo fungo Hemileia vastatrix, enquanto o carvão da cana-de-açúcar é causado pelo fungo Ustilago scitaminea CICLO DE VIDA DOS FUNGOS ESPOROS Uma das características dos fungos é a sua reprodução por esporos. Os esporos possuem uma função muito parecida com a semente das plantas, ou seja, eles funcionam como estruturas de propagação.

4 O ciclo de vida de um fungo inicia-se com a chegada de um esporo na planta hospedeira. Após este momento, começa a fase de germinação de esporos e posteriormente a penetração nos tecidos da planta CICLO DE VIDA DOS FUNGOS TUBO GERMINATIVO Para germinar, o esporo necessita de condições adequadas de umidade e temperatura. Satisfeitas essas condições, forma-se um tubo longo e delgado denominado tubo germinativo CICLO DE VIDA DOS FUNGOS APRESSÓRIO Para que o tubo germinativo não se desprenda da planta pela ação do vento ou da água, forma-se uma estrutura dilatada denominada apressório. O apressório produz uma hifa delgada que penetra no interior do tecido da planta fixando o esporo CICLO DE VIDA DOS FUNGOS COLONIZAÇÃO Após a penetração, começa a fase de colonização, onde ocorre o crescimento do fungo no interior do tecido da planta. Nesta fase, as hifas crescem entre as células da hospedeira, de onde retiram os nutrientes para seu sustento. Quando o fungo já está bem estabelecido na planta hospedeira e atingiu certo ponto de desenvolvimento, ele começa a se multiplicar CICLO DE VIDA DOS FUNGOS ESPORULAÇÃO Os fungos se multiplicam formando novos esporos num processo chamado de esporulação. A propagação desses esporos no ambiente, acontece por meio de agentes que podem ser a água, o vento os insetos ou o próprio homem. Ao encontrar outra planta hospedeira, os esporos germinam e reiniciam o ciclo de vida. Este ciclo se repete enquanto as condições de ambiente estiverem favoráveis. Quando isso não acontece, os fungos precisam passar por uma fase de sobrevivência. A sobrevivência é muito importante, porque é responsável pela perpetuação da espécie até as condições voltarem a serem favoráveis ao desenvolvimento dos fungos (temperatura e umidade adequadas, bem como disponibilidade de tecidos de um hospedeiro). Deste modo, os fungos conseguem sobreviver produzindo esporos de resistência, vivendo em restos de cultura, em plantas vivas e sementes. Após a sobrevivência, e com a volta das condições favoráveis para o desenvolvimento, os esporos que sobreviveram são dispersos novamente à procura de plantas hospedeiras para serem capazes de reiniciar o ciclo.

5 AS BACTÉRIAS As bactérias são organismos unicelulares, cujo material genético não é envolto por uma membrana. As bactérias causadoras de doenças de plantas são também aclorofiladas e heterotróficas. Atualmente duas bacterioses importantes atacam os pomares cítricos do estado de São Paulo. O cancro, causado por Xanthomonas campestris pv. citri e o amarelinho, causado por Xylella fastidiosa OS VÍRUS Os vírus são compostos de ácidos nucléicos envoltos por uma capa feita de proteína que os protegem. Eles somente se multiplicam em células vivas e podem causar várias doenças. O mosaico dourado do feijoeiro é causado pelo vírus BGMV, enquanto o mosaico do mamoeiro é causado por PRSV-P OS NEMATÓIDES Os nematóides são parentes próximos da lombriga conhecidos também como vermes. São animais multicelulares, aclorofilados, heterotróficos, e que possuem uma abertura (tipo boca) para alimentar-se. Os fitonematóides mais importantes para o Brasil são os nematóides dos cistos da soja, Heterodera glycines, e os nematóides das galhas, Meloidogyne spp MICROCLIMA E DOENÇAS DE PLANTAS Introdução Uma doença de planta pode se desenvolver em uma parte de um vale e não se desenvolver no restante devido ao microclima. Se a encosta de uma colina voltada para o norte recebe mais luz do Sol que a encosta voltada para o sul, é de se esperar que a encosta voltada para o norte seja mais quente. Esses climas em escala reduzida são chamados de microclimas. É bom lembrar que a ocorrência de epidemias no campo não é regra geral. A principal dificuldade para ocorrerem epidemias é a influência do clima. Logo, ao conhecermos bem o efeito do clima, podemos tirar algum proveito para o manejo dessas doenças ABRIGOS METEOROLÓGICOS

6 Os microclimas podem ser medidos em abrigos meteorológicos presentes nas estações meteorológicas das redes nacionais. Nesses abrigos, os instrumentos de medição da temperatura, umidade e pressão do ar estão protegidos do sol e da chuva, que poderiam afetar os seus registros, mas que se mantêm bem expostos ao ar que circula através de numerosas aberturas nas paredes do abrigo. Os instrumentos estão ainda instalados a 2m de altura do solo sob condições bastante padronizadas. Escolheu-se esta disposição depois de se verificar que nestas condições se conseguia escapar à maior parte das influências acidentais dos locais de observação escolhidos. Assim, a estação climatológica é representativa de uma grande região. O clima medido em estações distantes entre si por 50km pode ser considerado de modo geral representativo daquela região MICROCLIMA E O CICLO DE VIDA DOS FUNGOS GERMINAÇÃO Nem sempre na natureza as condições climáticas são favoráveis à germinação por períodos prolongados de tempo. Sob condições favoráveis os esporos começam a germinar e se as condições se tornam desfavoráveis eles paralisam a germinação. Para que um esporo germine é necessário que haja água em quantidade suficiente e temperatura adequada. Assim, diferentes fungos requerem diferentes quantidades de água em temperaturas específicas. É o que ocorre com a germinação de esporos de Botrytis cinerea. Em muitos casos, quando ocorre esta mudança das condições climáticas, a germinação é abortada e o fungo morre. Porém, em alguns fungos, os esporos retomam a germinação, quando as condições voltam ao ideal. É o caso dos esporos de Alternaria solani, o agente causal da pinta preta do tomateiro e da batateira MICROCLIMA E O CICLO DE VIDA DOS FUNGOS ESPORULAÇÃO A produção de esporos dos fungos é altamente influenciada por fatores climáticos. Em geral, estas respostas são típicas de esporulação em função da temperatura e da umidade. Para cada fungo existe uma faixa ideal de temperatura para a esporulação. Quando a temperatura está baixa, ocorre pouca produção de esporos. À medida que a temperatura aumenta, a esporulação aumenta até atingir um ponto máximo ou o ponto ótimo para a esporulação. A partir deste ponto ocorre declínio na esporulação, pois as temperaturas altas começam a prejudicar o fungo.

7 Podemos constatar o efeito da temperatura na quantidade de esporos formados por exemplo pelo fungo Phytophthora infestans MICROCLIMA E O CICLO DE VIDA DOS FUNGOS DISPERSÃO Para que haja epidemias no campo, é necessário que a doença seja disseminada da planta doente para a planta sadia. Um dos fatores climáticos mais eficazes em disseminar doenças fúngicas é o vento. Ele é capaz de remover os esporos produzidos pelo fungo numa planta doente e transportá-los por longas distâncias. Por exemplo, a ferrugem do café estava restrita aos países Africanos desde o século XIX. Em 1970, a doença foi constatada pela primeira vez no Brasil. É provável que os esporos de H. vastatrix tenham sido trazidos da costa da África para o Brasil, através de correntes de ar (ventos) MICROCLIMA E O CICLO DE VIDA DOS FUNGOS SOBREVIVÊNCIA O período de sobrevivência é crítico para a maioria dos fungos causadores de doenças de plantas, pois durante esta fase as reservas alimentares dos fungos são escassas e não há disponibilidade de tecidos do hospedeiro para a nutrição. Além disso, os fungos ficam sujeitos às condições climáticas adversas tais como baixa umidade e temperatura. Como exemplo, tem-se o efeito da umidade do solo na sobrevivência de Fusarium subglutinans f. sp. Moniliforme PREVISÃO DE DOENÇAS Se conhecermos bem o efeito do clima em doenças, podemos tirar algum proveito para combatê-las com menos gasto de fungicidas e menor contaminação do homem e do ambiente. Hoje, com a maior disponibilidade de equipamentos meteorológicos, muitos conhecimentos estão sendo adquiridos. Através de modelos e simuladores de ciclos de vida de patógenos é possível desenvolver esquemas de previsão de ocorrência de doenças no campo. No estado de Santa Catarina os produtores de maça vêm utilizando com sucesso o sistema de previsão de ocorrência da sarna causada pelo fungo Venturia inaequalis. Esse sistema baseia-se na relação entre a temperatura e a umidade SIMULAÇÃO DO EFEITO DO MICROCLIMA Os diversos efeitos do microclima no desenvolvimento de doenças podem ser integrados em simuladores de doenças de plantas. Os simuladores são hoje ferramentas muito importantes, pois com a ajuda deles é possível avaliar o efeito do microclima no desenvolvimento de doenças sem a necessidade de conduzir experimentos no campo.

8 Para isso, inicialmente os cientistas fazem experimentos e coletam dados climáticos e da doença ao longo de vários anos. Depois são estabelecidas relações entre o clima e as doenças. Posteriormente essas relações são traduzidas em equações matemáticas e implementadas no computador através de programas que simulam que acontece no campo. Um exemplo é o simulador Lateblit. Utilize-o para simular o efeito de clima favorável, moderadamente favorável ou não favorável no desenvolvimento da requeima da batateira, causada por Phytophthora infestans COLETA DE DADOS Os sistemas de prevenção de doenças necessitam ser alimentados com dados climáticos locais para que forneçam previsões específicas para cada microclima. Em alguns casos, os dados climáticos devem ser coletados nas propriedades rurais e repassados a uma central, para processamento em computador GMP O GMP é um programa de computador que ajuda a observar o efeito da velocidade do vento na dispersão de esporos de um fungo de um campo doente para um campo sadio localizado a 10km de distância.

9 ATIVIDADES Amostra em sala de aula com folhas atingidas pelos principais patógenos. Simulação do efeito do microclima no desenvolvimento das doenças. PERGUNTAS E RESPOSTAS 1. Qual a importância de estudar as doenças em plantas? As doenças de plantas causam uma série de prejuízos para a agricultura. Estimase que elas são responsáveis por perdas de 12% do total de produtos agrícolas produzidos no mundo 2. Como podemos prever as doenças de plantas? Há muito tempo, os fitopatologistas observaram o estreito relacionamento entre o clima e o desenvolvimento de epidemias nas plantas para que medidas de controle pudessem ser adotadas. Conseqüentemente, idéias e esforços evoluíram e, como resultado, surgiram os sistemas de previsão de doenças de plantas baseados em condições microclimáticas. 3. Como são medidos os microclimas? Os microclimas são medidos em abrigos meteorológicos presentes nas estações climatológicas das redes nacionais Nesses abrigos, os instrumentos de medição da temperatura do ar estão protegidos do sol e da chuva, que poderiam afetar os seus registros, mas que se mantêm bem expostos ao ar que circula através de numerosas aberturas nas paredes do abrigo. 4. Como é a reprodução dos fungos? Uma das características dos fungos é a sua reprodução por esporos. Os esporos possuem uma função muito parecida com a semente das plantas, ou seja, eles funcionam como estruturas de propagação. 5. O que é inóculo? Inóculos são patógenos (partículas de vírus, células bacterianas etc) ou partes de patógenos (esporos fúngicos, ovos de nematóides etc), potencialmente capazes de causar doença. GLOSSÁRIO ácidos nucléicos unidades básicas na composição do material genético. aclorofilado - organismo que não produz clorofila (as plantas são clorofiladas). apressório estrutura de um fungo ou vegetal responsável pela sua fixação ao substrato. dispersão: movimento de unidades reprodutivas de fitopatógenos (por exemplo, esporos de fungos) do local onde são produzidos até o local onde vão infectar.

10 disseminação: movimento de doenças entre locais (por exemplo, a ferrugem do cafeeiro disseminou-se da África para o Brasil). DNA (ácido desoxirribonucléico): ácido nucléico que ocorre no núcleo das células de todos os seres vivos, que é responsável pelas características genéticas. esporulação produção de esporos, as unidades reprodutivas dos fungos. fitopatógeno qualquer organismo causador de doenças aos vegetais. fungicida: produto químico utilizado para controlar fungos. heterotrófico: organismo que não sintetiza o próprio alimento (as plantas são autotróficas). hifas filamentos que fazem parte do corpo dos fungos. inoculo - patógenos (partículas de vírus, células bacterianas etc) ou partes de patógenos (esporos fúngicos, ovos de nematóides etc), potencialmente capazes de causar doença. modelos - representações da realidade de forma simplificada. Modelos matemáticos são empregados para representar o efeito de clima em doenças de plantas. patógeno agente específico causador de doenças. patógeno virulento - qualquer patógeno capaz de causar doença. planta hospedeira - planta que é infectada por determinado patógeno (por exemplo, o cafeeiro é hospedeira de Hemileia vastatrix, o fungo causador da ferrugem). RNA (ácido ribonucléico) - ácido nucléico encontrado no núcleo e citoplasma de células, envolvido principalmente na síntese de proteínas. simulação - uso de equações matemáticas para representar processos, no caso doenças, que acontecem na natureza. Normalmente, estas equações são implementadas em um programa de computador e visam simular o desenvolvimento da doença no campo. LINKS Nome - Mycological Resources on the Internet Descrição - Com todos os links relevantes para a área de micologia. Em inglês.

11 Url - Nome - National Center for Biotechnology Information Descrição - Acesso ao PubMed para busca de referências bibliográficas, ao GenBank e outros bancos de dados de genomas. Em inglês. Url - Nome - Banco de dados "Agricola", operado pelo USDA, United States Department of Agriculture. Descrição - Para busca de referências bibliográficas na área de fitopatologia e áreas afins. Em inglês. Url - Nome: Universidade Estadual de Pelotas Descrição: Banco de dados sobre doenças de plantas Url: Nome: Banco de Dados Tropical Descrição: Imensa base de dados sobre biologia, ecologia, geografia e ciências afins relacionadas à região tropical Url: AVALIAÇÃO Questão: 01 O Triângulo de Doenças é um conjunto de condições necessárias que precisam ser satisfeitas para que um fungo possa completar seu ciclo de vida e causar epidemias no campo. Resposta: Verdadeiro Questão: 02 Assinale a alternativa que apresenta a seqüência correta das fases de vida de um fungo: a) apressório, esporulação, esporo, tubo germinativo b) colonização, apressório, tubo germinativo, esporulação, esporo c) esporulação, esporo, colonização, apressáorio, tubo germinativo d) esporo, tubo germinativo, apressório, colonização, esporulação e) n.d.a Resposta: D Questão: 03 Além dos fungos, bactérias e nematóides são causadores de doenças de plantas, o que não ocorre com os vírus, que causam doenças apenas em animais.

12 Resposta: Falso Questão: 04 As doenças de plantas são bastante influenciadas pelo microclima. Isso explica porque, por exemplo, numa face de um vale haja uma doença de planta e noutra face não. Resposta: Verdadeiro Questão: 05 Uma das maneiras mais eficientes de combater doenças de plantas e seus prejuízos é utilizando programas de computador que, através de cálculos e equações matemáticas, conseguem simular os efeitos de uma doença Resposta: Verdadeiro