Aula 10 Rizosfera e Endofíticos

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1 Aula 10 Rizosfera e Endofíticos Atividade de Pré-Aula Objetivos da aula Ao final da aula você deverá ter condições de: Identificar as características gerais de microbiologia da rizosfera e dos micro-organismos endofíticos, tais como, importância, funções e aplicações. 1 Rizosfera A rizosfera é a região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato. A região do solo ao redor das raízes possui uma influência sobre os microrganismos, devido à liberação de princípios ativos vegetais que inibem ou favorecem o crescimento microbiano, mas geralmente o número de microrganismos na raiz e em sua volta é muito maior do que no solo livre. Na rizosfera os tipos de microrganismos diferem do solo livre e do solo próximo da raiz de plantas. Geralmente na rizosfera há uma maior predominância de bactérias, devido à liberação do tecido radicular de substâncias como carboidratos, vitaminas, aminoácidos e enzimas. As bactérias que possuem o seu metabolismo associado a aminoácidos para o seu crescimento ocorrem em maior número da rizosfera do que no solo que não possui raízes. IMPORTANTE Na rizosfera as bactérias são os microrganismos predominantes. O crescimento bacteriano é estimulado por nutrientes como aminoácidos e vitaminas liberadas do tecido radicular. As bactérias que requerem aminoácidos para o crescimento ocorrem em maior número na rizosfera do que em solo livre de raiz. Aula 10 Rizosfera e Endofíticos 1

2 Os produtos liberados do metabolismo microbiano são liberados na rizosfera e são aproveitadas pelas raízes das plantas. Outra associação benéfica é observada entre plantas leguminosas, bactérias do gênero Rhizobium e outras relacionadas. As bactérias penetram na planta a partir das raízes, estimulando a produção de estruturas similares a tumores, denominadas de nódulos radiculares. Nos nódulos radiculares as bactérias convertem o nitrogênio gasoso em amônia, que é um processo chamado de fixação de nitrogênio. A maior parte dessa amônia é convertida em proteína vegetal e, desta forma, as plantas conseguem se desenvolver em solos pobres em nitrogênio. Na rizosfera há bactérias deletérias para as raízes vegetais, como as do gênero Pseudomonas, e em alguns casos pode haver bactérias que possuem ação antagonista, com a produção de antibióticos como o Bacillus subtillus. Ilustração da Rizosfera. A=Amoeba consuming bacteria BL=Energy limited bacteria BU=Non-energy limited bacteria RC=Root derived carbon SR=Sloughed root hair cells F=Fungal hyphae N=Nematode worm Aula 10 Rizosfera e Endofíticos 2

3 2 MICRO-ORGANISMOS ENDOFÍTICOS As interações entre as plantas e microrganismos já são conhecidas há muito tempo. Entretanto, com exceção da associação de plantas com fungos micorrízicos diazotróficos da rizosfera, acreditava-se que estas interações levavam à formação de lesões nos tecidos vegetais. Mais recentemente, vem sendo registrada a presença de microrganismos no interior de tecidos vegetais sadios, abrindo novas perspectivas para o estudo da interação planta/microrganismo. Microrganismos endofíticos, geralmente fungos e bactérias, são combinações de microrganismos e plantas que vivem sistematicamente no interior das plantas, sem causar aparentemente dano a seus hospedeiros. São distintos dos microrganismos epifíticos, que vivem na superfície dos órgãos e tecidos vegetais. Microrganismos endofíticos também podem ser encontrados não apenas nas partes aéreas dos vegetais, mas inclusive em raízes, que são, aliás uma das principais portas de entrada. A distinção, no caso, é feita apenas para não incluir as bactérias fixadoras de nitrogênio entre os endófitos que vivem em simbiose com as plantas formando nódulos e também os fungos micorrízicos. Através de análises ecológicas de uma gama de espécies hospedeiras, fica aparente que fungos endofíticos compreendem um nicho e complexo ecológico distinto de parasitas obrigatórios e saprófitas. Várias espécies de fungos endofíticos são conhecidos por serem taxonomicamente relacionados a patógenos virulentos dos mesmos hospedeiros relacionados e podem refletir recente especiação. Em pinheiros, o endófito Lophodermium pinastri el. conigenum pertencem ao mesmo gênero do patógeno L. seditiossum. Rhabdocline weirii e R. pseudotsugae são taxonomicamente relacionados a R. parkieri que é um endófito de Douglas-fir. O anamorfo R. parkieri, Meria é morfologicamente idêntico e, provavelmente, um parente próximo de Meria laricis, um patógeno de Larix spp. Apesar de devidamente comprovada a existência da microbiota endofítica, muitas pesquisas ainda deverão ser feitas a respeito de aspectos ecológicos, genéticos e fisiológicos dessa interação. Antes disso, é interessante se conhecer a diversidade desses organismos, sua presença, freqüência e funções. Existe uma série de razões para que se aprofundem os estudos com endofíticos. Primeiro, a falta de informações para elucidar a base biológica dessas interações. Segundo, porque os endofíticos são vantajosos, pois muitos benefìcios para a planta têm sido atribuído à presença deles: a) vários endofíticos são capazes de produzir antibióticos e outros metabólicos secundários de interesse farmacológico; b) podem servir como bioindicadores de vitalidade (Helander & Rantio-Lehtimaki, 1990); c) têm sido usados como agentes de controle biológico de pragas e doenças; d) têm sido usados como bioherbicidas; e) podem ser usados na biorremediação de solos contaminados com poluentes e f) são usados como vetores para introdução de genes em plantas hospedeiras. Aula 10 Rizosfera e Endofíticos 3

4 3 APLICAÇÕES A necessidade da redução do consumo de agroquímicos, em especial aqueles que causam danos ao meio ambiente, às comunidades microbiológicas e ao homem, tem aumentado o interesse por estratégias de controle biológico de pragas e doenças de inúmeras espécies cultivadas. Este controle biológico pode ser feito alterando as condições ambientais que dificultam o aparecimento da praga ou doença, ou utilizando inimigos naturais do patógeno ou praga alvo. No Brasil o controle biológico com microrganismos começou a ser utilizado com o fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae e com o Baculovírus, no controle das cigarrinhas da cana e das pastagens e no controle da Anticarsia gematalis na soja, respectivamente. Atualmente, o fungo Trichoderma tem sido utilizado para o controle do fungo Crinipellis perniciosa, agente causal da vassoura de bruxa do cacaueiro. A teoria da associação benéfica ou neutra entre microrganismos e plantas se iniciou com o trabalho de Perotti (1926). Entretanto, o conhecimento de microrganismos em tecidos vegetais assintomáticos iniciou-se antes de 1870 com Pasteur (revisado por Smith, 1911 e citado por Hallmann et al., 1997). Neste contexto, foi definido que endófitos são aqueles microrganismos que habitam o interior de tecidos vegetais sem causar aparentemente nenhum dano ao seu hospedeiro. Com o acúmulo de informações a respeito da interação entre endófitos e a planta hospedeira, e com os resultados promissores obtidos, tem sido verificada uma atenção especial ao estudo de microrganismos endofíticos como agentes de controle biológico de inúmeras doenças, como promotores de crescimento vegetal e no controle de pragas. Estudos recentes têm demonstrado que microrganismos considerados presentes somente na rizosfera podem também colonizar endofiticamente a planta, onde também são ativos na promoção de crescimento e no controle de patógenos e pragas. Microrganismos endofíticos colonizam os espaços intercelulares dos tecidos vegetais, sem causar quaisquer danos a estes. Desta forma, este nicho ecológico ocupado pelos endófitos, os favorecem para o controle biológico de patógenos e pragas, pois neste local poderiam competir por nutrientes e espaço com os patógenos, bem como produzir substâncias tóxicas a estes organismos ou ainda, induzir a planta a desenvolver resistência às doenças. Estudos anteriores têm mostrado que pelo menos 15 gêneros de bactérias são capazes de controlar doenças fúngicas ou bacterianas em culturas de interesse, destes, os gêneros Bacillus e Pseudomonas apresentam um maior potencial para o controle efetivo de doenças. No caso de fungos endofíticos, os gêneros Neotyphodium (sin. Acremonium) e Fusarium apresentam maior potencial para o controle biológico de doenças e principalmente de insetos. Os endófitos são transmitidos via sementes, por meio da reprodução de plantas por estaquias contaminadas. Ou penetrando ativa ou passivamente via as raízes e estômatos. Após a penetração e estabelecimento, os microrganismos endofíticos podem colonizar regiões específicas dos tecidos do hospedeiro ou se disseminarem de forma sistêmica pelos vasos Aula 10 Rizosfera e Endofíticos 4

5 condutores ou espaços intercelulares. Neste caso, para fungos a colonização sistêmica depende da formação de estruturas leveduriformes que possibilitem esta disseminação. Micro-organismos endofíticos Atividades de aprendizagem Respondas às questões a seguir: 1) O é rizosfera? Quais são os micro-organismos predominantes e por quê? 2) Qual a importância da rizosfera para a comunidade microbiana? 3) O que são micro-organismos endofíticos? Estão associados a quem? 4) Quais os papeis destes micro-organismos? 5) Cite exemplos de aplicações do emprego dos micro-organismos endofíticos. Aula 10 Rizosfera e Endofíticos 5