Avaliando as plantas daninhas. Invasividade. Robinson Antonio Pitelli

Transcrição

1 Avaliando as plantas daninhas. Invasividade Robinson Antonio Pitelli UNESP Jaboticabal

2 Avaliando as plantas daninhas Em culturas geneticamente modificadas, a pertinência das avaliação de risco das plantas daninhas está bastante ligado ao propósito da modificação genética. São componentes desta avaliação de risco Seleção de flora Desenvolvimento de populações resistentes Incremento da agressividade de algumas plantas silvestres ou mesmo cultivadas Desenvolvimento de feralidade vegetal

3 Culturas geneticamente modificadas para tolerância aos herbicidas id Quando se tratam de comunidades infestantes de agroecossistemas, o único propósito de modificação genética que traz grandes alterações é a tolerância aos herbicidas São alterações bastante previsíveis Neste caso há dois riscos importantes

4 Riscos previsíveis Seleção de flora (weed shiftting) Formação de populações resistentes (weed resistance)

5 Seleção de flora É um processo ligado ao herbicida como fator de seleção e razoavelmente previsível Trata-se de uma seleção de espécies tolerantes frente às aplicação de herbicidas. Há razoável possibilidade de previsibilidade quando o herbicida já é utilizado em outras culturas Ex: glifosato vs Commelina benghalensis

6 Seleção de flora A seleção de flora já era bastante conhecida antes da introdução de qualquer cultura geneticamente modificada no mundo Nos anos houve intensa seleção de Euphorbia heterophylla e Brachiaria plantaginea no sul do Brasil com a utilização da combinação de trifluralin e metribuzin na cultura da soja e triazinas no milho em rotação. Nos anos 90, esta seleção passou a ser importante nesta mesma região para Spermacocce latifolia, Cardiospermum halicacabum, com a utilização de trifuralin em combinação com imidazolinonas ou sulfoniluréia

7 Seleção de flora

8 Seleção de flora

9 A previsibilidade da seleção de flora pode ser realizada com os próprios testes para registro dos herbicidas

10 O desenvolvimento de populações de plantas daninhas resistentes aos herbicidas

11 Planta daninha resistente à herbicida O conceito de resistência de planta à um herbicida é tão antropocêntrico quanto a própria definição de planta daninha. A biologia não reconhece plantas como deliberadamente daninhas: são plantas pioneiras, tóxicas, espinescentes e outras que, de alguma forma, atentem contra os interesses econômicos e sociais do homem.

12 Da mesma forma Em relação à uma determinado fator ecológico limitante ou fatal, a biologia reconhece Plantas susceptíveis Plantas tolerantes Esta susceptibilidade ou tolerância sempre está relacionada a uma determinada intensidade e tempo de atuação do fator

13 A natureza do herbicida Força de pressão seletiva sobre plantas daninhas Sendo produtos de origem natural ou artificial, a dose, a época e a freqüência de aplicação são definidas pelo homem daí, o caráter antropocêntrico desta pressão ambiental. Lembrar que na própria definição de plantas daninhas resistentes há a relação com a dose e época recomendadas em populações que anteriormente eram controladas nesta condição (populações susceptíveis)

14 A natureza reconhece dois biótipos de organismos dentro de uma espécie em relação a uma determinada pressão de seleção, no caso o herbicida. O biótipo é considerado susceptível (S) quando o herbicida promove a morte ou paralisação expressiva do crescimento da planta daninha na dose recomendada. O biótipo é chamado de (T) tolerante quando até na dose recomendada do herbicida não há efeitos expressivos na sobrevivência e crescimento da planta daninha. Não há qualquer consideração a ser feita para doses acima da dose recomendada, porque legalmente não há aplicação (na teoria).

15 Até neste momento estamos referindo à susceptibilidade ou tolerância ao nível de indivíduo. E se falarmos em termos populacionais.

16 População susceptível ou planta daninha susceptível Uma população é considerada susceptível quando a maioria ou a totalidade de seus indivíduos são do biótipo S e sofre expressivo prejuízo à aplicação do herbicida.

17 População susceptível ou planta daninha susceptível Uma população é considerada susceptível quando a maioria ou a totalidade de seus indivíduos são do biótipo S e sofre expressivo prejuízo à aplicação do herbicida.

18 População tolerante ou planta daninha tolerante t Uma população é considerada tolerante quando a maioria ou a totalidade de seus indivíduos são do biótipo T e não sofre prejuízo em sua dinâmica populacional frente à aplicação do herbicida.

19 População tolerante ou planta daninha tolerante t Uma população é considerada tolerante quando a maioria ou a totalidade de seus indivíduos são do biótipo T e não sofre prejuízo em sua dinâmica populacional frente à aplicação do herbicida.

20 O desenvolvimento da resistência

21 População susceptível ou planta daninha susceptível Ante à aplicação de um herbicida id eficiente. i

22 População susceptível ou planta daninha susceptível Ante à aplicação de um herbicida id eficiente. i Redução da competição inter e intraespecifica Farta produção de sementes do biótipo T Redução do banco de sementes do biótipo S

23 No próximo ano agrícola Ante à nova aplicação de um herbicida id eficiente. i

24 No próximo ano agrícola Redução da competição inter e intraespecifica Farta produção de sementes do biótipo T Redução do banco de sementes do biótipo S

25 No próximo ano agrícola Ante à aplicação de um herbicida id eficiente. i

26 No próximo ano agrícola. Redução da competição inter e intraespecifica Farta produção de sementes do biótipo T Redução do banco de sementes do biótipo S

27 Alguns anos agrícolas após Ante à aplicação de um herbicida id eficiente. i

28 Alguns anos agrícolas após Ante à aplicação de um herbicida id eficiente. i

29 Fato novo A população não foi controlada Que população é esta? Susceptível: não, pois não há mais redução populacional pelo fator de seleção, no caso, o herbicida Tolerante: não, esta não é uma característica da espécie

30 Qual seria a designação!!!! Tal qual o melhoramento genético das culturas, foi uma ação humana que selecionou esta população diferenciadai d População diferenciada maioria de indivíduos tolerantes numa população outrora susceptível População Resistente

31 Tanto a seleção natural como o desenvolvimento das populações resistentes estão ligadas à seleção natural Processosde evolução adaptativa tanto ao nível de população como de comunidade

32 Processos envolvidos na evolução adaptativa ti das populações Processos básicos Mutação gênica Alterações na forma e estrutura dos cromossomas Recombinação genética Seleção natural Isolamento reprodutivo Processos acessórios Hibridação Migração Efeito do acaso (fatores aleatórios)

33 Modificações cromossômicas estruturais Mutação gênica Recombinação genética Atuam fornecendo uma grande gama de opções g g pç disponíveis aos mais diversos processos adaptativos das populações

34 Seleção natural Dirige a seleção no sentido de adaptação aos fatores limitantes do ecossistema Eficácia depende intensidade período de atuação

35 Seleção natural Não há dúvida de que o fator de seleção, no caso, o herbicida é o fator fundamental para o desenvolvimento da resistência numa população susceptível. Biótipo tolerante Ele dirige a evolução adaptativa para que sobrevivam apenas os indivíduos que sobrevivam e reproduzam Selecionados ante à sua ação Mas depende de outros atores fundamentais neste processo

36 Isolamento reprodutivo Evita o fluxo Por isso, gênico mosaico entre de populações culturas dificulta que estão o desenvolvimento sofrendo o processo de de seleção resistência pelo herbicida (se as culturas daquelas utilizarem que não herbicidas estão. com diferentes modos de ação) Fundamental Extensas para áreas a formação de monocultura, de populações facilitam o resistentes desenvolvimento de resistência devido ao isolamento reprodutivo das áreas mais Eficácia dependecentrais em relação ao biótipos selvagens. Biologia reprodutiva da espécie Áreas isoladas, mesmo que seja por vegetação natural, também Facilidade podem ter e isolamento distância do reprodutivo fluxo gênico suficiente para o Tipo de agricultura desenvolvimento desenvolvida populações na região resistentes

37 Hibridação e migração Permite Há o duas fluxo formas gênico de entre hibridação populações bastante isolada importantes genética no ou geograficamente, aparecimento respectivamente de biótipos T numa população S. Pode O retardar cruzamento ou incrementar inter específico, a velocidade envolvendo do um desenvolvimento parental com da resistência característica genética de resistência Ex: Amaranthus rudis a A. palmeri (Franssen et al, 2001). Risco O de cruzamento culturas resistentes inter específico específico com plantas geneticamente modificadas para tolerância aos herbicidas também é uma possibilidade frequente Ex: canola x brassicas invasoras

38 Fatores aleatórios São fatores biologicamente não previstos que podem alterar o perfil genético das populações p Comercialização de sementes de azevem-resistente ao glifosato para facilitar o manejo de plantas daninhas em pastagem Liberação de parentais geneticamente modificados com Liberação de parentais geneticamente modificados com possibilidade de fluxo gênico via Pólen - canola

39 O incremento na agressividade de plantas silvestres ou planta cultivada

40 Características fundamentais para uma planta invasora Harper (1974) Elevada produção de diásporos; Capacidade de produção de diásporos em larga faixa de condição ambientais; i Dotados de Adaptações para disseminação a curta e a longa distância; diversos e complexos mecanismos de dormência; elevada longevidade; desuniformidade no processo germinativo; capacidade de germinação em muitos ambientes e Produção contínua pelo maior tempo que as condições permitirem

41 Características fundamentais para uma planta invasora Harper (1974) Desuniformidade nos processos de florescimento, frutificação, brotação de gemas em tubérculos, bulbos ou rizomas; Rápido crescimento vegetativo e florescimento; Produção de estruturas reprodutivas diversas; Autocompatível mas não completamente autógama ou apomítica; Quando alógama, utilização de agentes de polinização inespecíficos ou o vento;

42 Características fundamentais para uma planta invasora Harper (1974) Se perene, vigorosa reprodução vegetativa ou regenração de fragmentos; Fragilidade na região do colo, de modo não poder ser arrancada totalmente do solo Alta habilidade de competição pela sobrevivência, utilizando mecanismos especiais como alelopatia, hábito trepador e outros;

43 Explorando o objetivo 01 Risco da formação de populações ferais em espécies cultivadas em decorrência do cultivo de plantas geneticamente modificadas (transgênicas) no Brasil,

44 O grau de domesticação da planta cultivada é um importante componente deste risco é um importante componente deste risco A domesticação das plantas cultivadas baseou-se especialmente na retirada de suas mais importantes características de agressividade; Eliminando a dormência das sementes; Uniformizando a velocidade de germinação e emergência; Uniformizando e limitando o período de floração e frutificação; Reduzindo a competitividade, pois os estudos de competição de variedades eram realizadas em condições ótimas de fertilidade do solo, controle de pragas, doenças e plantas daninhas Inibindo dispersão espontânea. Alterando a arquitetura das plantas.

45 O grau de domesticação da planta cultivada é um importante componente deste risco é um importante componente deste risco Plantas com alto grau de domesticação e exóticas soja, milho sem parentais selvagens no Brasil, a probabilidade do desenvolvimento de população feral é mito baixa. Qual seria a possibilidade de que com a inserção de um gene, mesmo que seja para resistência a um herbicida, tantas características fundamentais para o estabelecimento de uma planta sejam recuperadas. Risco muito baixo

46 O grau de domesticação da planta cultivada é um importante componente deste risco é um importante componente deste risco Plantas com baixo grau de domesticação e exóticas Plantas de pastagem como as dos gêneros Brachiaria, Pennisetum, Panicum a probabilidade do desenvolvimento de população feral altamente problemática é muito alta. Há grande possibilidade de que a tolerância aos herbicidas dificulte o controle destas plantas que já têm populações ferais em processo de adaptação Risco muito alto (Veja o Lolium e o gaúcho maluco)

47 São duas condições extremas Há um grande gradiente entre estas duas situações extremas, com plantas com diferentes condições de domesticação (Plantas ornamentais) Há o caso específico do arroz que tem uma planta invasora da mesma espécie: o arroz-vermelho. O arroz-vermelho pode ter seu fitness incrementado com aquisição dos genes de resistência a seca e tolerância a insetos e maior dificuldade de controle no caso de resistência a herbicidas

48 Considerações gerais do primeiro objetivo Para as plantas cultivadas altamente domesticadas, a possibilidade de desenvolvimento de populações ferais é extremamente pequena e o risco pode ser considerado menos baixo. A medida que diminui o grau de domesticação, o risco de desenvolvimento de população feral aumenta levemente e cresce mais rapidamente para plantas de pastagens, plantas medicinais, geralmente com pequeno grau de domesticação.

49 Explorando o objetivo 02 Ri d f ã d l õ f i l d i h l Risco da formação de populações ferais em plantas daninhas ou plantas silvestres com o eventual fluxo gênico a partir da planta cultivada que seja geneticamente modificada (incremento de agressividade e de competitividade)

50 Possibilidade de fluxo gênico depended Espécies envolvidas Soja, milho Sorgo Arroz, canola Algodão Biologia floral Autogamas, alógamas Monóicas, dióicas Agentes de polinização Abertura floral (variação sazonal e circadiana) Existência i de barreiras genéticas

51 Conseqüências do fluxo gênico na agressividade das plantas silvestres receptoras Espécie envolvida Propósito da transformação genética Habitat da planta silvestre Interação dinâmica entre estes fatores citados

52 Transformação genética para t l â i à h bi id tolerância à herbicidas Duas situações distintas 1. Planta infestante de agroecossistemas Conseqüência: redução drástica da eficácia de controle pelo herbicida Volta às práticas e variedades anteriores Rotação de culturas ou de variedades Integração de métodos de controle

53 Transformação genética para t l â i à h bi id tolerância à herbicidas 2. Planta silvestre que apenas coloniza ambientes naturais Conseqüência: o herbicida não constitui pressão de seleção e a nova constituição genética não trará qualquer vantagem adaptativa para a planta. Risco de qualquer conseqüência é muito baixo.

54 Transformação genética para resistência i a insetos e doenças 1. Planta infestante de agroecossistemas Conseqüência: menor pressão de predação pelos artrópodes e parasitas Previsão: para as áreas agrícolas efeito negligenciável já que será controlada como plantas daninhas Caso atinja áreas silvestres plantas tipicamente R e C-R têm baixa competitividade e dificilmente se estabelecerão risco muito baixo

55 Transformação genética para resistência i a insetos e doenças 2. Planta silvestre que apenas coloniza ambientes naturais Conseqüência: a planta terá vantagem competitiva e terá sua importância relativa aumentada na comunidade vegetal da área. Vantagem competitiva será temporária já que deverá ocorrer co-evolução do predador ou parasita. Com a adaptação das populações de predadores ou parasitas à toxina, a planta silvestre geneticamente modificada perderá a vantagem competitiva e a sua importância relativa na comunidade deverá cair.

56 Transformação genética para resistência i a fatores abióticos 1. Planta infestante de agroecossistemas Conseqüência: menor susceptibilidade às limitações impostas pelo biótopo Previsão: para as áreas agrícolas poderá atingir áreas agrícolas novas o controle das plantas daninhas poderá minimizar o problema, mas passará a ser habitante natural do novo sistema Caso atinja áreas silvestres deverão se estabelecer definitivamente, caso o fator ecológico para o qual se tornou menos susceptivel fosse o seu fator limitante. Caso contrário: efeito negligenciável

57 Transformação genética para resistência i a fatores abióticos 2. Planta silvestre que apenas coloniza ambientes naturais Conseqüência: menor susceptibilidade às limitações impostas pelo biótopo Previsão: A planta poderá colonizar outros locais aumentando definitivamente sua área de distribuição geográfica. No começo sua capacidade invasora será elevada, mas deverá diminuir com a co-evolução de seus inimigos naturais.

58 Outros tipos de transformação genética 1. Produção da fármacos 2. Alteração do teor de lignina 3. Alteração das características bromatológicas 1. Óleo 2. Proteínas 3. Pigmetos 4. Alteração da cor de fibras, frutos 5. Aumento do tempo de prateleira

59 Considerações finais O desenvolvimento de biótipo invasor a partir de uma cultura agrícola é de risco praticamente nulo. O incremento de biótipo com maior dificuldade de controle a partir de plantas com baixo grau de domesticação como pastagens é possivel, embora estas plantas não devam ser alvos de modificação genética. Neste caso os GURTS poderiam visabilizar a tecnologia. O desenvolvimento e conseqüências de biótipo com maior poder de invasividade como resultado do fluxo gênico interespecifíco, depende do propósito de transformação genética e da espécie envolvida.

60 Muito obrigado bi