Diversidade de Fungos Micorrízicos e da Microbiota: Importância na Agricultura

Transcrição

1 Universidade de São Paulo Centro de Energia Nuclear na Agricultura Diversidade de Fungos Micorrízicos e da Microbiota: Importância na Agricultura Camila Maistro Patreze & Siu Mui Tsai cpatreze@cena.usp.br Campinas - SP

2 Considerações Iniciais Produtividade e Sustentabilidade Agrícola A Microbiota e Qualidade do Solo Considerações Finais

3 Considerações Iniciais: Questões Cruciais Será possível atingirmos a demanda projetada para alimento, energia, ração, fibra para 8 bilhões de pessoas em 2020, certamente com requerimentos mais elevados que agora? Será possível atingirmos essa demanda e, ao mesmo tempo, conservando a qualidade ambiental e os recursos naturais para as futuras gerações?

4 Considerações Iniciais: Produção agrícola: escala crescente Produção per capita: escala decrescente Taxas anuais de produtividade agrícola e de cereais (MONOCULTURA) kg capita Produção (bilhões t métricas) (%) Produtividade cereais Produtividade agrícola Ano Ano Cassman K.G. Nutrient Management for Global Food Security and Environmental Protection. 18th WCSS, Philadelphia Julho 2006

5 Brasil e Expansão Agrícola

6 Cerrado Pantanal Amazônia Mata Atlântica Biomas Brasileiros : Necessidade de Conservação

7 Considerações Iniciais: O exemplo da soja no Brasil? RENDIMENTO GRÃOS (t ha -1 ) Melhoramento Cerrado e Trópicos Balanço de fertilizantes, calagem, gesso Irrigação + Biotecnologia Melhoramento Doenças e Pragas Conservação do Solo: Plantio Direto (Sistemas Simbióticos: FBN e Micorrizas) 0 Expansão da área agrícola, fixação biológica de nitrogênio ANO

8 CURVA DA PRODUÇÃO DE UMA CULTURA Produtividade Fertilidade do Solo (Insumos)

9 BENEFÍCIOS DA REVOLUÇÃO VERDE Século 21 Variedades melhoradas requerem alta fertilidade do solo Século 20 Produtividade Baixa fertilidade Não há ganhos em produtividade Elevada fertilidade Genótipos tradicionais acamam Fertilidade do Solo (Insumos) J. Lynch Penn State University

10 J. Lynch Penn State University PRC- EUA Cultivar convencional Genótipo tolerante a baixo P Cinco linhagens para uso eficiente de fósforo f e 10 a serem liberadas Melhoramento Genético: Tolerância a Estresses Ambientais e Eficiência no Uso de Nutrientes

11 Biodiversidade 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 grupos funcionais em resposta às mudanças ambientais Microrganismos do solo têm função importante para a manutenção da biodiversidade e da qualidade de um solo

12 PAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURA Diversidade Produção Planta Formação Estrutura (Solo) Insumos Ciclos Biogeoquímicos Decomposição Biota do Solo Exportação Estrutura Comunidades Bactérias Fungos Papel Funcional

13 COMPOSIÇÃO DE UM AGREGADO DE SOLO Microagregados µm Fungos Macroagregados >250 µm Matéria Orgânica Particulada Bactérias

14 Melhoramento do Sistema Radicular : Micorrizas a. Vesiculas e arbúsculos b. Arbúsculos c. Micélio extraradicular d. Micélios externos e. Esporos grandes f. Hifas extraradiculares Raiz Raven et al.,, 2001

15 DIVERSIDADE DE ESPOROS EM UMA AMOSTRA DE SOLO

16 Importância dos Fungos Micorrízicos 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 % SIQUEIRA et al. (2002)

17 Diversidade dos Fungos Micorrízicos Fungos Ectomicorrízicos (EM) Hifas fúngicas f formam um invólucro ao redor das células c vivas das raízes (mas não as penetram) aumento significante na área de absorção

18 Diversidade dos Fungos Micorrízicos MANTO (conjunto de hifas sobre a raiz) + REDE DE HARTIG (hifas entre as células c da raiz) Cerca de espécies de fungos EM, geralmente com alto grau de especificidade (Basidiomicetos e Ascomicetos)

19 Diversidade dos Fungos Micorrízicos Fungos Endomicorrízicos ou Micorrízico zico-arbusculares (MA) Zigomicetos (ordem Glomales) menos de 200 espécies envolvidas em associações amplamente distribuídas das (baixa especificidade fungo-planta)

20 Tsai e Phillips (1991) INOCULAÇÃO DE FUNGO MA EM ALFAFA FMA = Fungo micorrízico arbúsculo sculo-vesicular Inoculada com FMA sem fósforof Po= sem fósforof (S)= superfície (D)= 10 cm Glomus macrocarpum Sem FMA com fósforof PI= 100 ppm PII= 200 ppm

21 Consórcio Milho x Feijoeiro solo agrícola solo esterilizado Tsai et al. (1993)

22 Uso de inoculante em leguminosa (alfafa): Fixação Biológica de N 2 ASSOCIAÇÕES BENÉFICAS: BACTÉRIAS > 200 kg N ha - 1 ano

23 Uso de inoculante em leguminosa (soja): Fixação Biológica de N 2 Bradyrhizobium elkanii Soja nodulante e não nodulante Contribuição de 80 a 120 kg N ha -1 Bradyrhizobium elkanii suplementa nitrogênio ao solo

24 Uso de inoculante em gramínea: FBN BACTÉRIAS ENDOFÍTICAS

25 PAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURA Diversidade Produção Planta Formação Estrutura (Solo) Insumos Ciclos Biogeoquímicos Decomposição Biota do Solo Exportação Estrutura Comunidades Bactérias Fungos Papel Funcional

26 EFEITO DA RIZOSFERA NA MICROBIOTA Biomassa Microbiana µg N g -1 / nmol FA g -1 Inicial Pioneira Transição Estabilizada Rizosfera NHR-N Solo Total (Ninhydrin-reactive reactive nitrogen) Rizosfera totplfa (Phospholipids) Solo Total Tscherko et al. (2004)

27 ASPECTOS FÍSICOS F DO SOLO: AGREGADOS Microagregados µm Macroagregados >250 µm Fungos Matéria Orgânica Particulada Bactérias Six J., Kong A., De Gryze S Interactions between soil structure and biota control for ecosystem functioning. 18th WCSS, Philadelphia-EUA, julho 2006

28 A MICROBIOTA EM AGREGADOS C (AMINOAÇÚ ÇÚCARES) (mg kg -1 solo) Carbono Microbiano (Fungo 63% ; Bactéria 37%) Plantio Convencional FRAÇÕES DO SOLO Plantio Direto glucosamine (Glc), galactosamine (Gal),e muramic acid (MurA)

29 ASPECTOS QUÍMICOS DO SOLO: MATÉRIA ORGÂNICA Microagregados µm Macroagregados >250 µm Fungos Matéria Orgânica Particulada Bactérias Six J., Kong A., De Gryze S Interactions between soil structure and biota control for ecosystem functioning. 18th WCSS, Philadelphia-EUA, julho 2006

30 A MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICO Hifas de fungos estão na superfície de uma partícula de C-pirogênico Fluorescência 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)

31 A MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICO Corante verde indica presença de organismos vivos Confocal Imagem por microscopia confocal 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)

32 Biodiversidade e Doenças Atividades antropogênicas têm sido crescentes Entre 1750 e 2000, houve aumentos de: CO 2-30%, CH 4-145%, N 2 O - 15% Número de lesões após s 30 ciclos de infecção Patógeno Após 30 ciclos vegetativos ou 3 ciclos sexuadas de genes aumento de lesões Recombinação sexuada pode quebrar mais facilmente combinações favoráveis de genes

33 Germinação do Patógeno Aumento da germinação do patógeno sob CO 2 elevado + Maior área de tecidos foliares + Microclimas mais favoráveis às doenças Ambiente (350 ppm) Efeito Estufa [CO 2 ] Elevado (700 ppm) Aparecimento de novas raças as de patógenos mais rapidamente? Previsão de 2x >[CO 2 ] até 2100

34 ESTRESSE AMBIENTAL E DESEQUILÍBRIO Xylella Planta fastidiosa e CVC Bactéria Vetor Ambiente Hospedeiros alternativos RISCO Riscos biológicos e ecológicos advindos pela introdução de plantas exóticas em monocultura (Redak et al., 2004)

35 Qualidade do Solo e Produção de Alimentos: Novos Desafios na Biologia e Microbiologia do Solo Novos parâmetros de seleção Sistema radicular, área foliar e arquitetura da planta Maximização do potencial biológico dos microrganismos Tolerância a fatores do solo (<P, >Al, <ph, >salinidade) Tolerância a fatores de estresses ambientais (temperatura, seca) Redução dos atuais impactos ambientais Melhoria da eficiência no uso de nutrientes e nutrição balanceada na cultura Manejo integrado da cultura: Uso de fontes alternativas de nutrientes incluindo sistemas biológicos Aproveitamento de biomassas e resíduos vegetais: Reciclagem dos nutrientes exportados e produção de energia renovável vel

36 Considerações Iniciais: Conservação e Sustentabilidade BENEFÍCIOS DA REVOLUÇÃO VERDE Século 21 Variedades melhoradas requerem alta fertilidade do solo Século 20 Produtividade Baixa fertilidade Não há ganhos em produtividade Elevada fertilidade Genótipos tradicionais acamam Fertilidade do Solo (Insumos)

37 Universidade de São Paulo Centro de Energia Nuclear na Agricultura Muito Obrigada! Piracicaba - SP