Baixe microbiologia agricola e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Agronômica, somente na Docsity! IAC
A
Microbiota do Solo
e Qualidade Ambiental
Editoras
Adriana Parada Dias da Silveira
Sueli dos Santos Freitas
Instituto Agronômico
Campinas (SP), 2007
Governo do Estado de São Paulo
Secretaria de Agricultura e Abastecimento
Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios
Instituto Agronômico
Governador do Estado de São Paulo
José Serra
Secretário de Agricultura e Abastecimento
João de Almeida Sampaio Filho
Secretário-Adjunto
Antônio Júlio Junqueira de Queiroz
Chefe de Gabinete
Antonio Vagner Pereira
Coordenador da Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios
João Paulo Feijão Teixeira
Diretor Técnico de Departamento do Instituto Agronômico
Orlando Melo de Castro
Apresentação Falar da relevância da biota do solo para o ecossistema é redundância. As funções da biota envolvem desde a preservação de água até o seqüestro de substâncias tóxicas, com reflexos para o ambiente, as culturas, os negócios, enfim, para a sociedade. A relação entre a microbiota e a qualidade ambiental é extremamente estreita, com especial atenção para as contaminações de diversas origens, dentre elas as causadas por metais pesados. Utilizar a Microbiologia como ferramenta para avaliar a qualidade de solo é fundamental no caminho da sustentabilidade ambiental agrícola. Há muito, estudos vêm sendo desenvolvidos por renomados pesquisadores de diversas instituições de pesquisa, na reunião de excelências e competências nesse sentido. Esta obra, que se consuma pelo esforço de “discípulos” da Dra. Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso, que acaba sendo uma justa homenagem dos formados a sua formadora, traz conhecimentos valiosos, que sob a batuta da ilustre professora da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” (Esalq-USP) certamente trarão grandes contribuições a estudiosos e profissionais da área de solos. As pesquisadoras do Instituto Agronômico (IAC-APTA), da Secretaria de Agricultura e Abastecimento, Dra Adriana Parada Dias da Silveira e Dra Sueli dos Santos Freitas, coordenaram e uniram-se a outros especialistas de solos para, com apoio do IAC, transferir informações aos demais elos que compõem a cadeia do agronegócio. Com essa obra, a transferência de tecnologia ganha reforço por disponibilizar na internet conteúdo da maior relevância, na área essencial que envolve os principais tópicos da Microbiologia do solo. Diante das necessidades de poupar recursos naturais, reduzir custos econômicos e minimizar impactos ambientais, informações que abordem soluções para amenizar as fontes finitas usadas na agricultura são indispensáveis. Que esse e-book seja um estímulo para profissionais de outras áreas de conhecimentos debruçarem-se em torno das demandas do agronegócio não apenas para gerar informações, mas sobretudo para torná-las acessíveis aos que delas precisam para trabalhar. Pioneiro em pesquisas com solos, o IAC sente-se honrado em participar dessa obra que se destaca pela excelência do conteúdo e por democratizar o saber. No ano em completa seu 120º aniversário, o IAC segue se modernizando, apoiando a chegada da ciência aos usuários e parabenizando a todos que contribuíram para a concretização do e-book “Microbiota do Solo e Qualidade Ambiental”. Orlando Melo de Castro Diretor-Geral do Instituto Agronômico Prefácio Os microrganismos têm sido cada vez mais associados à qualidade ambiental, tanto por seu papel fundamental na manutenção dos ecossistemas como por sua sensibilidade a variações nos muitos fatores que compõem os ambientes. Por isso as editoras orgulham-se em trazer a lume este livro, composto por temas dedicados à correlação da microbiota com a qualidade dos sistemas que habita. Em que pese sua importância, ainda há necessidade de textos em língua portuguesa que tornem o assunto acessível a estudantes e profissionais da área. Dentro dessa proposta - e em consonância com os novos tempos da comunicação - está publicado inteiramente por meio eletrônico, totalmente disponível ao público interessado. Para isso, contamos com o incondicional apoio do Instituto Agronômico, que nos deu todas as facilidades para que o projeto chegasse a bom termo. Vale lembrar que, neste ano de 2007, o IAC completou 120 anos de fundação: é uma instituição mais que centenária que abraça diariamente a modernidade, com o alvo principal centrado na qualidade agrícola e ambiental! Talvez não seja do conhecimento dos leitores, mas todos os autores foram orientados da Dra. Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso, professora titular da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” da USP, em Piracicaba, onde leciona desde 1972. Nesse período a Professora Elke criou escola em Microbiologia Agrícola, formando inúmeros profissionais que a ela devem os primeiros passos no mundo da Ciência. É a ela que queremos homenagear dedicando este livro. Adriana Parada Dias da Silveira (IAC) Sueli dos Santos Freitas (IAC) Sumário página Parte I Aspectos Biotecnológicos Capítulo 1 Rizobactérias Promotoras do Crescimento de Plantas Sueli dos Santos Freitas ............................................................................... 1 Capítulo 2 A Microbiota do Solo na Agricultura Orgânica e no Manejo das Culturas Faustino Andreola e Silvana Aparecida Pavan Fernandes .............................. 21 Capítulo 3 Micorrizas Arbusculares em Plantas Tropicais: Café, Mandioca e Cana-de-Açúcar Arnaldo Colozzi Filho e Marco Antonio Nogueira ........................................ 39 Capítulo 4 Micorrizas Arbusculares em Plantas Frutíferas Tropicais Adriana Parada Dias Da Silveira e Vânia Felipe Freire Gomes ....................... 57 Capítulo 5 A Rizosfera e seus Efeitos na Comunidade Microbiana e na Nutrição de Plantas Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso e Marco Antonio Nogueira .................. 79 Capítulo 6 Bactérias Diazotróficas Associadas a Plantas Não-Leguminosas Valéria Marino Rodrigues Sala, Adriana Parada Dias da Silveira e Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso .......................................................... 97 Rizobactérias promotoras do crescimento de plantas 1 Capítulo 1 Rizobactérias Promotoras do Crescimento de Plantas Sueli dos Santos FREITAS ( 1 ) 1. Introdução As rizobactérias promotoras do crescimento de plantas (RPCPs) constituem um grupo muito amplo de microrganismos, uma vez que sob essa designação incluem-se quaisquer bactérias que vivam na rizosfera e afetem beneficamente o crescimento de uma ou mais espécies vegetais. Convencionalmente, entretanto, não têm sido aí incluídos os rizóbios enquanto fixadores de nitrogênio, atividade que, embora benéfica ao desenvolvimento vegetal, resulta de uma relação simbiótica com as leguminosas, interação que não é considerada para as RPCPs. Já houve sugestões de alteração na denominação dada, de forma genérica, a essas bactérias, alterando-a para BPCP (Bashan & Holguin, 1998), pela substituição do termo “rizobactérias” por “bactérias”. Isso poderia facilitar a nomenclatura, mas nem sempre mudanças são aceitas prontamente pela comunidade científica. Embora a expressão “plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR)” tenha sido proposta por Kloepper & Schroth (1978), o interesse dos pesquisadores ocidentais pelas inúmeras formas de benefício que bactérias podem exercer já havia sido despertado em meados do século XX. A antiga União Soviética vinha trabalhando com bactérias benéficas nas raízes de plantas havia vários anos. Pelas características do regime político de então, pouco se sabia, além de suas fronteiras, sobre os trabalhos que vinham sendo desenvolvidos. No entanto, um pesquisador inglês, da Estação Experimental de Rothamsted, teve autorização para efetuar visitas a laboratórios e estações experimentais soviéticos, cobrindo vasta área de seu território, e publicou o relato de suas observações na revista Soils & Fertilizers (Cooper, 1959). Segundo ele, havia mais de dez milhões de hectares recebendo a inoculação de microrganismos não simbióticos, com alguns resultados verdadeiramente espetaculares. ( 1 ) Pesquisadora, Instituto Agronômico, Centro de Solos e Recursos Ambientais, Caixa Postal – 28, CEP - 13001- 970, Campinas, SP. E-mail: sfreitas@iac.sp.gov.br Sueli dos Santos Freitas 2 Uma outra pesquisadora da mesma Estação Experimental (Brown, 1974) mencionou aumentos de produtividade de até 42 % em arroz e 10 % em soja, por exemplo. Na época, a grande maioria dos trabalhos científicos em Microbiologia do Solo no Hemisfério Ocidental versava sobre as bactérias incluídas no gênero Rhizobium, simbióticas, com habitat e nicho bem definidos. A possibilidade do uso de inoculantes preparados a partir de outras espécies microbianas abria então um grande leque de novas pesquisas e aplicações práticas, num mundo em crescimento e, portanto, ávido por alimentos e por tecnologia, após o término das duas guerras mundiais que tanto afetaram a vida do século XX. Assim, como tais resultados não poderiam ser ignorados pelo Ocidente, intensificaram-se as tentativas de utilização de bactérias de variados gêneros. No entanto, os poucos trabalhos soviéticos a que se tinha acesso, então, freqüentemente não tinham análises estatísticas, levando-os a algum descrédito por parte dos ocidentais (Burr & Caesar, 1985). Finalmente, no trabalho em que se cunhava a expressão que designaria esse grupo a partir de então, Kloepper & Schroth (1978), apresentaram dados resultantes de experimentação que pôde ser aceita pela comunidade científica internacional. Para chegar a isso, já diversos grupos vinham trabalhando com as agora denominadas RPCPs, como exemplificam os trabalhos de Merriman et al. (1974), Brown (1974, 1972), Kavimandan & Gaur (1971), os quais, evidentemente, tinham também análises estatísticas aos moldes do Ocidente. Na verdade, em 1978, houve uma reunião para juntar as informações disponíveis sobre as interações entre raízes e solos, considerando aspectos químicos, físicos e biológicos, com o objetivo, expresso no título do evento, de estabelecimento de uma rizosfera benéfica (Atkinson & Watson, 2000). Como fruto do pensamento e das linhas de pesquisa vigentes na época, Rovira (1979) identificou como áreas-chave para a continuação dos estudos os trabalhos sobre a liberação de material orgânico a partir das raízes e sobre a colonização radicular por microrganismos; enfatizou, de maneira particular, o conhecimento sobre a fixação biológica do nitrogênio, sobre as micorrizas e sobre as interações de raízes, patógenos e outros microrganismos, potencialmente benéficos. Numerosos trabalhos foram realizados. Relataram-se benefícios às culturas de milho (Kavimandan & Gaur, 1971; Brandão, 1989), batata (Bakker & Schippers, 1987; Leben et al., 1987), várias gramíneas (Gamo, 1991), alfafa (Olsen & Misaghi, 1981), beterraba (Suslow & Schroth, 1982) e café (Freitas, 1989), entre muitas outras. No Ocidente foram obtidos resultados que poderiam ser também considerados espetaculares: Burr et al. (1978) relataram 100% de aumento na matéria fresca de raízes e parte aérea de batata tratada com P. fluorescens e P. putida em casa de vegetação; no campo, esses aumentos variaram de 14 a 33%; em alfafa, Olsen & Misaghi (1981) observaram aumentos de 194 % na massa de matéria seca de plantas tratadas com células vivas de P. fluorescens e de 167 % nas tratadas com células da mesma espécie bacteriana mortas pelo calor. Em beterraba, obtiveram-se aumentos de 20 a 85% na massa de raízes e da parte aérea; no campo esse aumento era de 13%, tendo-se observado aumentos até mesmo no teor de açúcar (Suslow & Schroth, 1982). Por vários anos as pesquisas foram promissoras e trabalhava-se com a intenção de apresentar inoculantes que aumentassem a produção agrícola, à semelhança do que já vinha sendo feito há décadas com as bactérias do gênero Rhizobium. Mais de Rizobactérias promotoras do crescimento de plantas 3 um inoculante foram postos no mercado norte-americano (Weller & Zablotowicz, 1987), principalmente, mas, depois de um desempenho irregular, deixaram de ser vendidos. Começava-se a perceber que os resultados práticos, aplicáveis na agricultura, não surgiriam tão facilmente. O presente capítulo fará uma retrospectiva resumida do que já foi feito, concretamente, com RPCPs, com ênfase nos benefícios já obtidos, nos insucessos e suas causas e nas perspectivas visualizadas atualmente para essa área da Microbiologia do Solo. 2. Promoção do Crescimento Vegetal por Rizobactérias - Um Histórico Com a seqüência da experimentação, problemas de instabilidade no comportamento de RPCPs começaram a ser observados, com o mesmo isolado bacteriano comportando-se diferentemente em condições experimentais semelhantes (Howell & Okon, 1987). Um dos mais freqüentes problemas da pesquisa científica na área agronômica ocorria também entre as RPCPs: bons resultados em experimentos desenvolvidos em casa de vegetação não se repetiam em condições de campo (Leben et al., 1987). Na época, no entanto, ainda se pensava na produção – talvez a curto prazo – de inoculantes comerciais: Paau & McIntyre (1987), no primeiro workshop internacional a propósito do assunto, dissertaram sobre a produção e as possibilidades da formulação de inoculantes com RPCPs, estendendo-se sobre a legislação e o direito de propriedade, sempre peculiares quando se trata de microrganismos. Lembraram, inclusive, a necessidade de um trabalho de educação e relações públicas para melhorar a aceitação desses inoculantes: como muitos dos isolados agiam como agentes de controle biológico de fitopatógenos, havia a necessidade de educar os potenciais consumidores para o fato de que a expressão dos resultados de inoculantes microbianos não seria tão pronta quanto a dos produtos químicos destinados ao mesmo fim. Mas fizeram também algumas sugestões sobre a necessidade de se conhecer o modo de ação de cada isolado que seria utilizado como inoculante, já que esse conhecimento poderia aumentar a consistência ou a reprodutibilidade das respostas à inoculação. Por essa época intensificaram-se as pesquisas sobre o modo de ação das RPCPs. Essa é uma tarefa particularmente extensa, uma vez que, como já foi dito, sob essa denominação agrupa-se um conjunto muito diverso de microrganismos, que, conseqüentemente, exercerão seu benefício – única característica necessariamente comum entre eles – de maneiras também diversas. Alguns modos de ação são aventados pela maioria dos pesquisadores, como a produção de fitormônios, o controle biológico de fitopatógenos, a fixação assimbiótica ou a interferência na fixação simbiótica de nitrogênio e a solubilização de fosfatos. A produção de fitormônios era a hipótese mais freqüente com que trabalhava o grupo liderado pela Dra. Margareth Brown, da Estação Experimental de Rothamsted, na Inglaterra (Brown, 1974, 1972). Sueli dos Santos Freitas 6 No mesmo trabalho, em outro experimento, avaliou-se a capacidade dos isolados bacterianos, tanto na presença quanto na ausência do patógeno, em promover a emergência e em diminuir a incidência de necrose no colo das plântulas; alguns isolados de Bacillus e de Pseudomonas promoveram a emergência das plântulas e diminuíram a incidência da doença avaliada pela necrose no colo. Todavia, em experimento em casa de vegetação, os resultados não se repetiram: alguns isolados de Pseudomonas – nem sempre os mesmos – favoreceram o desenvolvimento das plantas em relação à testemunha, mas só em ausência do patógeno, indicando que a promoção do crescimento não estava ligada ao controle biológico do fungo inoculado. No entanto, no trabalho feito, não foi possível comprovar se havia patógenos subclínicos envolvidos. Sideróforos poderiam estar igualmente envolvidos no fornecimento de ferro como nutriente para plantas. O ferro é muito abundante na crosta terrestre mas nem sempre está em forma disponível às plantas: em solos com valor de pH próximo ou acima de 6, encontra-se na forma oxidada (Fe 3+ ), que se precipita e não é absorvida pelos vegetais (Froehlich & Fehr, 1981). As plantas classificam-se como eficientes ou ineficientes em ferro, de acordo com sua resposta à deficiência do nutriente: eficientes são as que se mostram tolerantes à deficiência, isto é, aquelas que possuem mecanismo de resposta a estresse por ferro, enquanto ineficientes são as susceptíveis, que não apresentam resposta a tal estresse (Hopkins et al., 1992). Morris et al. (1990) sugeriram que microrganismos constituiriam um dos fatores de solo a influenciar o aparecimento de clorose por deficiência de ferro, seja por competição com as plantas pelo nutriente seja pela mobilização do ferro lábil no solo. Poderia ter havido uma evolução conjunta entre plantas e microrganismos produtores de sideróforos: a eficiência de algumas espécies ou variedades vegetais estaria ligada, na verdade, a sua capacidade de se associar a microrganismos que lhes disponibilizassem o ferro (Mozafar et al., 1992). O mecanismo pelo qual a planta se apropriaria do ferro ligado aos sideróforos microbianos deve ser bastante complexo (Walter et al., 1994); não obstante, Miller et al. (1985) observaram que tomateiros podem retirar o ferro do complexo Fe-ácido rodotorúlico, um sideróforo produzido pela levedura Rhodotorula pilimanae. Parece que espécies eficientes e ineficientes podem ser diferenciadas com base em sua habilidade de usar sideróforos de hidroxamato na absorção de Fe, de acordo com o que foi relatado para plantas de sorgo, ineficientes em ferro, e girassol, eficientes, que tiveram o ferro fornecido juntamente com um sideróforo microbiano – desferrioxamina B (DFOB); o girassol utilizou o ferro diretamente do quelato, enquanto que o sorgo apenas o utilizou como translocador do nutriente (Cline et al., 1984). De qualquer maneira, o efeito sobre a nutrição em ferro somente seria significativo em solos com valor de pH próximos da neutralidade, nos quais o ferro se precipita em sua forma oxidada, Fe 3+ , tornando-se não disponível para plantas. No Brasil, cujos solos, na sua grande maioria, são ácidos, esse efeito só teria importância em áreas muito específicas, mais provavelmente com adição excessiva de calcário do que em condições naturais, conforme já relatado por Tanaka et al. (1989). A participação dos sideróforos nos processos em que se envolvem Pseudomonas spp. fluorescentes continua a ser pesquisada nos dias de hoje, ainda que nem sempre sua atuação esteja bem esclarecida. Já se detectou, por exemplo, que um isolado de Rizobactérias promotoras do crescimento de plantas 7 Pseudomonas sp. parece ter a capacidade de interagir com os processos iniciais de infecção por Rhizobium leguminosarum em raízes de ervilha, prejudicando o estabelecimento da simbiose. Essa inibição ocorre possivelmente por dois mecanismos complementares, um ligado à disponibilidade de ferro e outro à produção de metabólitos extracelulares inibidores (Berggren et al., 2001). Todavia, a maioria dos pesquisadores trabalha ainda hoje com a hipótese de benefício resultante da produção de sideróforos (Cattelan et al., 1999), seja pelo controle biológico de fitopatógenos (Ramamoorthy et al., 2001), seja – mais raramente – pelo efeito na nutrição das plantas (Rengel et al., 1998). Há ainda inúmeras outras formas pelas quais rizobactérias poderiam beneficiar o crescimento vegetal, algumas com mais visibilidade e mais trabalhos a elas dedicados, outras com menos pesquisadores a lhes investigar as possibilidades. No entanto, a esse respeito, a pergunta mais freqüente ainda é: por que não existem no comércio inoculantes com RPCPs recomendados para agricultores? 3. Limitações ao uso de Rizobactérias Promotoras do Crescimento de Plantas Num trabalho muito extenso, Cattelan et al. (1999) testaram diversas formas pelas quais rizobactérias poderiam promover o crescimento de soja, como: produção ou alteração da concentração dos hormônios vegetais AIA, ácido giberélico, citocininas e etileno; fixação assimbiótica de nitrogênio; antagonismo contra microrganismos fitopatogênicos por sideróforos, b-1.3-glucanase, quitinases, antibióticos e cianeto – que tanto pode ser associado a benefícios quanto a prejuízos –; solubilização de fosfatos minerais ou de outros nutrientes e fixação simbiótica do nitrogênio, afetando a nodulação ou a ocupação dos nódulos. Nesse trabalho, os autores utilizaram 116 isolados bacterianos obtidos de solo ou da rizosfera de soja e avaliaram as seguintes formas de possíveis benefícios para a planta: altura da parte aérea, comprimento da raiz, matéria seca da parte aérea e da raiz, número e matéria seca de nódulos. Embora tenham observado inúmeras atuações dos microrganismos sobre as plantas, com interações de fatores, consideraram seus resultados inconcludentes sob muitos aspectos. Por exemplo: um isolado, incluído como controle negativo, já que sabidamente só inibia o crescimento de Sclerotium rolfsii e de Sclerotinia sclerotiorum, promoveu o crescimento das plantas sem que pudesse detectar o motivo do benefício. Já outro isolado, de Pseudomonas putida, incluído como controle positivo porque havia demonstrado ser benéfico à soja, foi negativo para a maioria dos modos de ação testados, inclusive a produção de sideróforos, razão de ter sido incluído entre os benéficos. No entanto, pela maioria dos resultados obtidos, sugerem que as seguintes características podem estar ligadas e poderia ser útil basear seleção de isolados nelas: desaminase de ACC, produção de sideróforos, produção de b-1.3-glucanase e solubilização de P. Essas características seriam melhores que prototrofia a biotina, produção de AIA, quitinase e cianeto. Não é novidade, entretanto, a falta de correlação entre características observadas ou quantificadas in vitro e a presumível conseqüência dessas características em avaliações in vivo (Antoun et al., 1998; Freitas & Pizzinatto, 1997). Sueli dos Santos Freitas 8 Um problema relatado com muita freqüência nos artigos com RPCPs é a variabilidade dos resultados. Howell & Okon (1987) relataram grande variabilidade entre experimentos em estudos utilizando isolados de Azospirillum e de Azotobacter para verificar se tais gêneros bacterianos exerciam benefício pela fixação de nitrogênio ou por outra forma. De qualquer maneira, consideraram que para Azotobacter as respostas eram mais consistentes que para Azospirillum. Na mesma época, Weller & Zablotowicz (1987) especularam sobre as razões para o desempenho inconsistente de RPCPs, inclusive de isolados de Pseudomonas fluorescens e de B. subtilis que vinham sendo comercializados nos Estados Unidos como agentes de controle biológico de fitopatógenos do solo. Os autores citam como possível causa dessa inconsistência a colonização radicular variável, por problemas de sobrevivência do inóculo ou por condições desfavoráveis para a bactéria: se a bactéria não puder colonizar a rizosfera não terá como interagir com a planta. Ainda segundo esses autores, outros fatores do ambiente podem contribuir para minimizar a incidência da doença, motivo pelo qual não se poderia observar promoção do crescimento pelo inoculante adicionado. Além disso, outros patógenos poderiam agir, alterando os efeitos do patógeno-alvo e, conseqüentemente, os do agente de controle biológico. Os relatos sobre variabilidade dos resultados em trabalhos com RPCPs continuaram mesmo no final do século XX, sendo considerada o principal motivo pelo qual ainda não são produzidos inoculantes de RPCPs comercialmente viáveis (Shishido & Chanway, 1998). Antoun et al. (1998) dizem, textualmente: “a variabilidade dos resultados é um dos maiores problemas associados a experimentos de inoculação de RPCPs e é devida, provavelmente, à complexidade das interações envolvidas na rizosfera entre a planta, a bactéria introduzida e o resto da microbiota rizosférica, neutra ou deletéria”. O que resta por resolver, nos dias atuais, são as causas dessa variabilidade. Um caminho seguido por muitos autores para explicá-la tem sido a colonização das raízes das plantas. Está bem estabelecido que, para interagir com as plantas, quaisquer microrganismos devem, antes de tudo, estabelecer-se em sua rizosfera (Antoun et al., 1998; Davies & Whitbread, 1989; Jjemba & Aelxander, 1999). Assim, já foi sugerido que diferenças na colonização radicular pelas RPCPs poderiam explicar o fenômeno da variabilidade dos resultados (Weller & Zablotowicz, 1987). Todavia, a mera colonização radicular por um isolado promotor do crescimento pode não garantir os benefícios à planta: Chanway et al. (2000) não encontraram correlação entre os números de RPCPs associadas às raízes e o aumento de crescimento do abeto vermelho (Picea sp.), uma espécie arbórea utilizada em reflorestamentos em regiões de clima temperado. Aliás, na maioria dos experimentos realizados por esses autores, as plantas com os maiores aumentos de biomassa após a inoculação foram as que apresentaram as menores populações de RPCPs rizosféricas. Os autores sugeriram que, dadas as dificuldades de estabelecimento na rizosfera pelos microrganismos inoculados, seria melhor trabalhar com promotores de crescimento que sejam endofíticos, o que lhes garantiria um habitat menos competitivo. Ainda que no trabalho a presença das bactérias no tecido interno das plantas não tenha sido avaliada, os isolados testados possuíam tal capacidade, conforme relatado pelos autores. Estaria aí um outro aspecto do uso de RPCPs, o uso de bactérias endofíticas, característica que evitaria, pelo Rizobactérias promotoras do crescimento de plantas 11 planta afeta a exsudação radicular, sustentando comunidades microbianas diferentes não só para cada espécie vegetal (Gu & Mazzola, 2001) como para cada variedade dentro de uma mesma espécie (Rengel et al., 1998). Além disso, a mesma espécie vegetal pode estimular comunidades microbianas diversas entre um local e outro, o que leva a respostas diferentes à inoculação de um mesmo isolado promotor de crescimento (Chanway et al., 2000). No Brasil, Coelho et al. (2007) detectaram que a rizosfera de alface favoreceu o crescimento de bactérias fluorescentes do gênero Pseudomonas, em comparação com o crescimento de Bacillus spp., que não foi beneficiado. Esse favorecimento foi detectado por comparação da rizosfera de alface com a de chicória (Cicorium endivia), rúcula (Eruca sativa), salsa (Petrosolium sativum) e tiririca (Cyperus rotundus). Apenas a rizosfera de alface teve esse efeito de favorecimento. No entanto, a diversidade tanto de Bacillus spp. quanto de Pseudomonas spp. é influenciada pela rizosfera em que se desenvolvem (Coelho, 2006). A mesma conclusão chegaram Freitas & Aguilar- Vildoso (2004), em trabalho com três espécies cítricas (Citrus spp.). Numa tentativa de caracterizar a diversidade da comunidade microbiana, Marschner et al. (2001) utilizaram-se de perfis 16S do rDNA para examinar o efeito da espécie de planta, tipo do solo e região da raiz sobre a estrutura da comunidade bacteriana na rizosfera. Compararam 3 espécies de plantas - grão de bico, nabo e sorgo - , em 2 regiões da raiz – extremidade radicular e região de raízes maduras –, em3 solos - arenoso, argilo-arenoso e argiloso - com suplementação de N ou sem o nutriente. Obtiveram um grande número de bandas comuns às 3 espécies de plantas, regiões da raiz e tipos de solo, mas com intensidades relativas das bandas variáveis, denotando populações de tamanhos diferentes. A suplementação com nitrogênio não alterou a comunidade microbiana, o que os autores consideraram surpreendente. Aventaram a hipótese de o nitrogênio não ser limitante nos solos estudados, motivo pelo qual sua adição não afetou as comunidades rizosféricas. Todavia, nos três solos, a composição da comunidade rizosférica foi espécie-específica, o que pode ser explicado pela variação na quantidade e composição química dos rizodepósitos. A composição da comunidade rizosférica foi afetada pelo tipo de solo, região da raiz e interações entre essas variáveis. A importância relativa dessas variáveis diferiu com a espécie de planta. Segundo os autores, “a importância relativa do tipo de solo sobre a estrutura da comunidade microbiana continua uma questão difícil e nenhum princípio geral emergiu ainda. Comparações de diferentes solos requerem consideração de muitas variáveis, incluindo diferenças entre nutrientes minerais, textura do solo, pH e matéria orgânica, estrutura física e históricos de manejo”. Semelhantemente, Freitas et al. (2003) chegaram à conclusão de que havia envolvimento da fertilidade do substrato na promoção do crescimento de alface por isolados do grupo fluorescente do gênero Pseudomonas. Passado muito tempo durante o qual as bactérias do grupo fluorescente do gênero Pseudomonas foram extensivamente estudadas como RPCPs, mais recentemente outros gêneros bacterianos voltaram a ser estudados como promotores de crescimento, à semelhança do que se fazia na URSS em meados do século XX. Como exemplo disso pode-se citar o trabalho de Antoun et al. (1998), em que 266 isolados de bactérias dos gêneros Rhizobium e Bradyrhizobium foram testados como promotores do crescimento em nabo. Sueli dos Santos Freitas 12 Pesquisaram a produção de sideróforos, ácido cianídrico e ácido indolacético e a solubilização de fosfatos pelos isolados, concluindo que não houve correlação entre as características avaliadas in vitro e a capacidade de promoção do crescimento. No entanto, apresentam uma série de vantagens do uso de bactérias dessas gêneros, como a disponibilidade de tecnologias de produção de inóculo e de inoculação e o fato de que a genética dessas bactérias tem sido intensivamente estudada, tornando disponíveis todas as ferramentas genéticas necessárias. Outras espécies bacterianas - Comamonas acidovorans, Agrobacterium sp. e Alcaligenes piechaudii - foram avaliadas quanto à produção de hormônios responsáveis pela elongação de raízes, mas trabalhos nessa linha ainda continuam longe de possibilitar aplicação prática dos resultados a que chegam. Há que se ressaltar, entretanto, que alguns hormônios podem ter papel não só no crescimento em si mas na percepção e transdução de sinais ambientais (Barka et al., 2000). É possível que esse fenômeno pudesse estar envolvido nos benefícios obtidos pela inoculação conjunta de Bradyrhizobium japonicum e isolados de Serratia liquefaciens e Serratia proteamaculans em soja (Dashti et al., 1998): houve aumento na massa de nódulos por planta e antecipação do início da fixação do nitrogênio, resultando em aumento no nitrogênio fixado. É preciso ressaltar que, independentemente da elucidação dos motivos da variabilidade, os trabalhos com RPCPs têm continuado com todo o vigor. Há trabalhos inclusive com o controle de nematóides, que causam danos significativos a muitas culturas. Nessa linha, Siddiqui & Mahmood (1999) mencionam a existência de bactérias que agem como parasitas, cujo emprego como agente de controle biológico é facilitado pela especificidade entre parasita e nematóide hospedeiro, e de bactérias não parasitas, cujo efeito seria pela regulação da produção de metabólitos que reduzem a eclosão dos ovos e a atração das larvas pelas raízes ou pela degradação de exsudatos radiculares específicos que controlam o comportamento dos nematóides. Em trabalho posterior, o mesmo grupo de pesquisadores (Siddiqui et al., 2001) relatou a obtenção de um isolado de Pseudomonas spp. que promoveu o crescimento e diminuiu a multiplicação e a manifestação do nematóide Meloidogyne incognita em tomateiro, num sistema com inoculação da bactéria em presença de adubo orgânico e de DAP (fosfato de diamônio), recomendado como uma forma de manejo cultural para diminuir a incidência do problema. Um dos poucos relatos mais recentes do uso comercial de inoculantes com RPCPs vem de um grupo de pesquisadores cubanos (Rodríguez & Fraga, 1999), pelo qual bactérias da espécie Burkholderia cepacia seriam utilizadas como inoculantes para solubilização de fósforo em cultivos agrícolas. Mesmo nesse caso, entretanto, há relatos de variabilidade de resultados, o que ocasionou a recomendação de que seja tentada a manipulação genética para dar mais estabilidade ao caráter. Mas há questionamentos ao uso dessa espécie como promotora de crescimento, já que causa graves infecções em humanos (Holmes et al., 1998). Até pela forte possibilidade, já discutida, de que a interação com a microbiota nativa seja fator a afetar a atuação de rizobactérias, o uso de RPCPs deve ser facilitado em sistemas de manejo que contemplem algum tratamento do substrato, facilitando o Rizobactérias promotoras do crescimento de plantas 13 estabelecimento do microrganismo inoculado. Um sistema que vem sendo aplicado há muito em alguns países é a solarização, descrita por Katan et al. (1976). Nesse sistema o solo úmido é submetido a temperaturas altas, pela concentração do calor por meio de lençóis plásticos aplicados sobre ele. As altas temperaturas atingidas levam à eliminação de um grande número de patógenos, pragas e plantas daninhas (Ghini, 1997). Essa prática poderia facilitar a sobrevivência da RPCPs aplicadas ao solo, conforme aventam Gamliel & Stapleton (1993) para Bacillus spp. e isolados fluorescentes do gênero Pseudomonas. No Brasil, Sinigaglia et al. (2001) aplicaram com sucesso a técnica da solarização para controle de Sclerotinia minor e Rhizoctonia solani em alface, em áreas comerciais de produção. Já foi comprovado que a alteração da microbiota nativa por variações drásticas em fatores abióticos pode interferir favorável ou desfavoravelmente no desempenho de RPCPs: Shishido & Chanway (1998) observaram que processos de armazenamento e congelamento de solos alteraram as respostas de abeto à inoculação de Pseudomonas spp. e Bacillus spp., mas não conseguiram definir se os processos de armazenamento diminuíram a competição – do que resultou promoção do crescimento – ou eliminaram algum microrganismo que trabalhasse associado às RPCPs ou patógeno subclínico – do que não resultou promoção do crescimento. Não se deve esquecer, entretanto, que a alteração da microbiota nativa pode levar a conseqüências desfavoráveis: Os & Ginkel (2001) testaram os efeitos da inundação, fumigação e esterilização do solo por calor sobre a ocorrência de podridão causada por Pythium em bulbos de Iris, uma planta florífera. Observaram que o solo que não fora submetido a nenhum desses tratamentos é que apresentou os menores índices de doença, levando os autores a concluir que a microbiota nativa, eliminada pelos diferentes processos, era responsável pela supressividade à doença. Um dos caminhos sugeridos para a pesquisa com RPCPs, pois, é o seu emprego em sistemas em que as causas de sua variabilidade possam ser, pelo menos em parte, mais bem controladas. Os tratamentos do solo, quaisquer que sejam, podem eliminar parcialmente a microbiota nativa, mas o sucesso da inoculação com uma rizobactéria está condicionado ou à manutenção de uma comunidade benéfica ao microrganismo inoculado ou à eliminação da comunidade a ele antagônica. Esses problemas seriam minimizados, entretanto, se as RPCPs forem endofíticas, conforme sugerido por Chanway et al. (2000) para a inoculação de espécies florestais em viveiros de mudas. Um capítulo à parte nas pesquisas com RPCPs no final do século XX e início do XXI tem sido a hipótese de que tais organismos atuem como indutores de resistência a patógenos e pragas. Na verdade, esse campo de estudos tem progredido rapidamente, com trabalhos bem sucedidos desenvolvidos em condições de campo (Murphy et al., 2000). Resistência sistêmica induzida (RSI) é definida como um aumento da capacidade defensiva da planta contra um largo espectro de patógenos e pragas que é adquirida após estimulação apropriada (Ramamoorthy et al., 2001). Assim, o tratamento de sementes com RPCPs resulta em modificações na estrutura da parede celular e a mudanças bioquímicas e fisiológicas, que levam à síntese de proteínas e substâncias químicas envolvidas em mecanismos de defesa das plantas. Sueli dos Santos Freitas 16 Referências ANTOUN, H.; BEAUCHAMP, C. J.; GOUSSARD, N.; CHABOT, R. & LALANDE, R. Potential of Rhizobium and Bradyrhizobium species as plant growth promoting rhizobacteria on non- legumes: Effect on radishes (Raphanus sativus L.). Plant and Soil, v. 204, p. 57-67, 1998. ATKINSON, D.C. & WATSON, A. The beneficial rhizosphere: a dynamic entity. Applied Soil Ecology, v. 15, p. 99-104, 2000. BAKKER, A. W. & SCHIPPERS, B. 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Os nutrientes armazenados na biomassa microbiana podem atingir valores equivalentes a 100 kg de nitrogênio, 80 kg de fósforo, 70 kg de potássio e 11 kg de cálcio por ha. Como a biomassa dos microrganismos é reciclada cerca de 10 vezes mais rapidamente que a fração orgânica morta do solo, tem-se que a quantidade de nutrientes presentes nas células dos microrganismos é muito significativa perante a ciclagem de nutrientes em todo o ecossistema. O fluxo de N e P, via biomassa microbiana, pode alcançar valores equivalentes a 40 e 10-20 kg ha -1 ano -1 respectivamente (Holtz & Sá, 1995). Em condições ideais, a microbiota do solo permite que os nutrientes sejam, gradualmente, liberados para a nutrição das plantas, sem perdas por lixiviação. A diminuição da microbiota do solo prejudica a fixação temporária dos nutrientes, incrementando suas perdas e resultando no empobrecimento do solo (Hungria et al., 1997). Em ecossistemas clímax, a microbiota encontra-se em equilíbrio com o solo, mantendo assim a sua biodiversidade. Todavia, toda e qualquer interferência do homem sobre aquele ecossistema resulta em quebra do equilíbrio e importantes alterações na microbiota podem ocorrer, nem sempre benéficas. Desse modo, o uso de práticas agrícolas, como as que permitem a cobertura vegetal do solo, a incorporação de restos vegetais, a adubação orgânica, a rotação de culturas, o emprego de húmus de minhoca e outras, incluindo dentro desse contexto o plantio direto, pode resultar na melhoria da produtividade associada com qualidade e sustentabilidade. ( 1 ) Pesquisador, Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A., Av. Servidão Ferdinando Tusset, s/n, Caixa Postal – 791, CEP – 89801-970, Chapecó, SC. E-mail: andreola@epagri.rct-sc.br; ( 2 ) Pós-graduanda, Departamento de Ciência do Solo, ESALQ/USP, Caixa Postal-9, 13418-900, Piracicaba, SP. Faustino Andreola Silvana Aparecida Pavan Fernandes 22 A sustentabilidade de sistemas agrícolas pode ser definida como “o manejo adequado dos recursos para satisfazer as necessidades do homem, mas mantendo ou melhorando a qualidade do ambiente e os recursos naturais” (Hungria et al., 1997; Primavesi, 1997; Ambrosano, et al. 2000). Portanto, cabe aos profissionais da área dar ao solo o melhor manejo possível, permitindo a manutenção da atividade microbiana e, conseqüentemente, os níveis de fertilidade do solo. 2. Microbiota do Solo O solo é constituído das fraçôes orgânica e inorgânica (rochas e minerais) e é habitado por inúmeras espécies, formando um ecossistema. Os microrganismos fazem parte do solo de maneira indissociável, sendo responsáveis por inúmeras reações bioquímicas relacionadas não só com a transformação da matéria orgânica, mas também com o intemperismo das rochas. Assim, os microrganismos do solo desempenham papel fundamental na gênese do solo e ainda atuam como reguladores de nutrientes, pela decomposição da matéria orgânica e ciclagem dos elementos, atuando, portanto, como fonte e dreno de nutrientes para o crescimento das plantas. Os microrganismos do solo, também chamados coletivamente de microbiota, são representados por cinco grandes grupos: bactérias, actinomicetos, fungos, algas e protozoários. Apesar de constituírem somente 1 a 4 % do carbono total e ocuparem menos de 5 % do espaço poroso do solo, a diversidade e a quantidade dos microrganismos é bastante elevada. Entretanto, como o solo é normalmente um ambiente estressante, limitado por nutrientes, somente 15% a 30% das bactérias e 10% dos fungos encontram-se em estado ativo. Os componentes microbianos vivos do solo são também denominados de biomassa microbiana e as bactérias e fungos respondem por cerca de 90% da atividade microbiana do solo. De uma maneira geral, os microrganismos estão envolvidos em vários processos de grande interesse agronômico, particularmente no que se refere à agricultura orgânica e à rotação de culturas. Dentre os processos podem ser destacados: a) decomposição e ressíntese da matéria orgânica, b) ciclagem de nutrientes, c) as transformações bioquímicas específicas (nitrificação, desnitrificação, oxidação e redução do enxofre), d) fixação biológica do nitrogênio, e) a ação antagônica aos patógenos, f) produção de substâncias promotoras ou inibidoras de crescimento, entre outros. 3. Agricultura Orgânica 3.1 Definições A agricultura orgânica da atualidade representa a fusão de diferentes correntes de pensamento. Basicamente, podemos agrupar o movimento orgânico em quatro A microbiota do solo na agricultura orgânica e no manejo das culturas 23 grandes vertentes: agricultura biodinâmica, biológica, orgânica e natural (Ehlers, 1999; Darolt, 2000; Ambrosano et al., 2000). Em complemento, o quadro 1 apresenta os princípios básicos e particularidades dessas correntes de pensamento que originaram os métodos de produção. Nos anos 70, o conjunto dessas correntes passou a ser chamado de agricultura alternativa. Esse termo surgiu em 1977, na Holanda, quando o Ministério da Agricultura e Pesca publicou um importante relatório, contendo a análise de todas as correntes não convencionais de agricultura, que foram reunidas sob a denominação genérica de agricultura alternativa. Por fim, já no final dos anos 80 e durante a década de 1990, o conceito amplamente difundido foi o de agricultura sustentável ( Hileman, 1990). De acordo com a literatura, pode-se dizer que a maioria das definições de agricultura sustentável transmite uma visão que garanta: a manutenção a longo prazo dos recursos naturais e da produtividade agrícola; o mínimo de impactos adversos ao ambiente; um retorno adequado aos produtores; a otimização da produção com um mínimo de insumos externos; a satisfação das necessidades humanas, atuais e futuras, de alimento e renda e o atendimento das necessidades sociais das famílias e das comunidades rurais (Ehlers, 1999; Darolt, 2000). Em síntese, destaca-se que o ponto comum entre as diferentes correntes que formam a base da agricultura orgânica é a busca de um sistema de produção sustentável no tempo e no espaço, mediante o manejo e a proteção dos recursos naturais, sem a utilização de produtos químicos agressivos à saúde humana e ao meio ambiente, mantendo o incremento da fertilidade e a atividade microbiana dos solos, a diversidade biológica e respeitando a integridade cultural dos agricultores (Darolt, 2000). 3.2 Diversificação e Integração de Sistemas A agricultura orgânica entende a produção como sujeita aos processos ecológicos, ou seja, os campos de cultura estão sujeitos a ciclos de nutrientes, interação de pragas e predadores, competição entre culturas e plantas invasoras; o entendimento dessa dinâmica complexa é a chave de um manejo eficiente. Os sistemas mais diversificados apresentam processos ecológicos mais completos do que aqueles altamente simplificados, como os sistemas convencionais e em particular os monocultivos (Darolt, 2000, Primavesi, 1997). A diversificação da agricultura pode ser alcançada com um manejo que utilize o policultivo, sistemas agroflorestais, rotações de culturas, cultivos de cobertura, cultivo mínimo, uso de composto e esterco, adubação verde, máxima reciclagem de matéria orgânica, utilização de húmus de minhoca e outras práticas que podem colaborar em muito como o plantio direto, a integração de agricultura e pecuária de grandes e pequenos animais, a piscicultura e a recuperação de matas de refúgios. Esse tipo de manejo potencializa a reciclagem de nutrientes, melhora o microclima local, diminui patógenos e insetos-praga, elimina determinados contaminantes e conserva melhor a fertilidade do solo e a qualidade da água ( Primavesi, 1997; Darolt, 2000, Ambrosano et al., 2000). Faustino Andreola Silvana Aparecida Pavan Fernandes 26 de culturas, entre outros, com o intuito de melhorar cada vez mais o ambiente do solo a fim de que um equilíbrio entre as populações de organismos do solo se estabeleça e seja mantido, com vantagens para a sustentabilidade da agricultura. No solo a matéria orgânica é acumulada por meio da biomassa e detritos orgânicos. Em ecossistemas equilibrados os níveis de matéria orgânica são determinados pelo balanço da produção de biomassa, estabilização de detritos e a mineralização dos materiais orgânicos. Quando esse balanço é rompido pela introdução de práticas agrícolas ou mudanças no sistema de cultivo que alterem os padrões de produção primários, bem como a estabilização e perda de matéria orgânica, os conteúdos de matéria orgânica do solo são modificados. Estes, por sua vez, alteram a estrutura das comunidades e por conseqüência a atividade microbiana do solo. Isto porque existe uma estreita relação entre matéria orgânica (quantidade e qualidade) e a biomassa microbiana do solo (Cattelan & Vidor, 1990; Ruedell, 1995). Follet & Schimel (1989) avaliaram a alteração da biomassa microbiana do solo submetido ao manejo com plantio direto, preparo com cobertura morta e pousio. Verificaram que após dezesseis anos os níveis de biomassa microbiana decresceram para 57, 52 e 36 % para plantio direto, cobertura morta e pousio, respectivamente, em relação à pastagem nativa. A atividade microbiana, medida em laboratório pelo desprendimento de CO 2 , mostrou a mesma tendência, ou seja, declinou com o aumento da intensidade de preparo. Segundo os autores, o aumento da intensidade de preparo diminui a habilidade do solo em imobilizar e conservar N no solo. Balota et al. (1998), em experimento que vinha sendo realizado há doze anos, avaliaram durante três anos a biomassa e a atividade microbianas de um solo submetido a diferentes sucessões de cultura nos sistemas de plantio direto e convencional. Os autores verificaram que as sucessões praticamente não alteraram a biomassa nem a atividade microbiana. Entretanto, observaram que no sistema de plantio direto a biomassa microbiana foi bem maior que no sistema convencional. Observaram também que no sistema de plantio direto houve menor perda de carbono via respiração, indicando com isso a possibilidade de aumento do estoque de carbono em longo prazo. Avaliando a biomassa microbiana e a atividade da desidrogenase no solo submetido a diferentes sucessões nos sistemas de plantio direto e convencional, Fernandes (1995) obteve valores de biomassa microbiana no plantio direto 42% superiores em relação ao plantio convencional. Na soja em rotação, houve um incremento de 23% no valor de biomassa microbiana, em relação à soja contínua. A atividade da desidrogenase do solo seguiu a mesma tendência dos valores obtidos para biomassa microbiana, obtendo-se uma correlação significativa entre ambas. Scholles & Vargas (2000) utilizando diferentes preparos do solo (convencional, reduzido e plantio direto), duas sucessões de culturas, duas profundidades de amostragem do solo (0-5 e 5-15 cm) em quatro épocas, verificaram que tanto a biomassa quanto a atividade microbianas apresentaram maiores valores na camada de 0-5 cm, no sistema de plantio direto e reduzido e na sucessão aveia preta + ervilhaca/milho + caupi (Vigna sinensis). A microbiota do solo na agricultura orgânica e no manejo das culturas 27 4.2 Alterações da Microbiota Causadas pelo Manejo Desde que se conseguiu produzir economicamente sem revolver o solo, isto é, no sistema plantio direto, alguns atributos físicos e químicos apresentaram-se diferentes daqueles encontrados no sistema convencional. Tais atributos, sendo alterados, causam alterações na dinâmica das populações de microrganismos do solo. O principal atributo físico alterado, quando se migra do sistema convencional de preparo do solo para o sistema de plantio direto, é a densidade do solo (Doran, 1980; Sá, 2001). Esta sofre um aumento resultante principalmente do tráfego das máquinas na superfície do solo. Esse aumento resulta de uma diminuição de macroporos e aumento de microporos no solo. Isso leva a maior retenção de água no solo e sua permanência por um período mais longo. Em virtude disso, pode aumentar a comunidade de microrganismos anaeróbios resultando, em termos práticos, em um maior acúmulo de matéria orgânica, porque em condições anaeróbias sua decomposição é incompleta. Já foi observado que no sistema plantio direto ocorre um aumento no estoque de carbono orgânico no solo em relação ao sistema convencional (Doran, 1980). Esse aumento também foi acompanhado de um aumento da biomassa do solo sob aquele sistema. O autor também verificou que houve alteração na estrutura da comunidade, ou seja, aumentou consideravelmente as populações de microrganismos denitrificadores e anaeróbios facultativos. No sistema de plantio direto a proliferação das raízes nas camadas superficiais (mais ou menos 5 cm de profundidade) do solo é freqüentemente maior que aquele das culturas implantadas em sistema convencional. Como a exsudação radicular fornece energia e nutrientes para os microrganismos, a biomassa microbiana é maior no primeiro sistema. Quando amostrado em maiores profundidades (25 cm), a biomassa tende a ser maior no solo lavrado. Isso não é particularmente surpresa, porque, se a produção de raízes é um dos principais fatores determinantes da biomassa microbiana, a presença das raízes em profundidade tende a correlacionar-se com a biomassa ao longo do perfil (Lynch, 1984). Vários trabalhos, entre eles os de Fernandes (1995), Ruedell (1995), Gassen & Gassen (1996), Anghinoni & Salet (1998) e Scholles & Vargas (2000), relatam que a fertilidade do solo é maior no sistema de plantio direto que no convencional, especialmente nas camadas mais superficiais do solo. A fertilidade do solo está estreitamente relacionada com a matéria orgânica e a biomassa microbiana do solo (Fernandes, 1995; Scholles & Vargas, 2000). O uso de adubos orgânicos pode provocar alterações na microbiota. Indicando essa tendência, pode-se citar o trabalho de Peacock et al. (2001), que encontraram resposta na estrutura da comunidade microbiana do solo em decorrência do uso de adubo orgânico (fezes, urina e cama de vacas leiteiras estabuladas). Nesse trabalho, a aplicação de adubo orgânico, por cinco anos, resultou em um aumento significativo nos teores de carbono orgânico e nitrogênio e na biomassa microbiana do solo. Além disso, proporcionou alterações na estrutura da comunidade microbiana. As práticas que aumentam carbono no solo e proporcionam mineralização lenta de nutrientes podem resultar em uma maior e mais estável comunidade microbiana. Faustino Andreola Silvana Aparecida Pavan Fernandes 28 O aumento da atividade biológica decorrente do incremento da matéria orgânica no solo pode, por conseqüência, aumentar a estabilidade dos agregados em água. Isto porque, além dos metabólitos resultantes da atividade em si (Tisdall & Oades, 1982), as hifas fúngicas atuam protegendo tais agregados (Lynch, 1984). Kushwaha et al. (2001) verificaram correlação positiva da biomassa microbiana do solo, nitrogênio total e carbono orgânico com os macroagregados. De acordo com esses autores, a biomassa microbiana e seus metabólitos unem os microagregados com reflexos no aumento dos macroagregados do solo. 4.3 As Simbioses e o Manejo Em geral, tem sido verificado que os microrganismos simbiontes, rizóbio e fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) mostram melhor adaptação ao sistema de plantio direto em relação ao sistema convencional. Fontaneli et al. (2000) avaliaram a nodulação da soja em quatro sucessões de culturas em sistema de plantio direto. Após cinco anos, verificaram abundante nodulação da soja independentemente do tipo de cultura antecedente. No mesmo sentido são as pesquisas de Campos et al. (2001) que avaliaram a eficiência de estirpes de Bradyrhizobium na soja em sistema de plantio direto e não encontraram resposta à inoculação. Os autores concluíram que a ausência de resposta da soja à prática de inoculação pode ser atribuída às populações naturalizadas de Bradyrhizobium, em número adequado e eficiente, e às condições favoráveis à fixação biológica do nitrogênio, como temperatura e umidade adequadas do solo, proporcionadas pelo sistema. A associação micorrízica também sofre influência do pré-cultivo e do manejo do solo. Oliveira & Sanders (1999) observaram que nos tratamentos com solo nu e com distúrbio mecânico houve redução na densidade de esporos de FMAs e na colonização radicular do feijoeiro. A colonização foi maior nas parcelas anteriormente cultivadas com cereais, especialmente no pré-cultivo com milho. Pelo fato de fungos micorrízicos não se propagarem na ausência de hospedeiro, é natural que métodos de manejo que causem distúrbio ao solo ou que impeçam o desenvolvimento de raízes hospedeiras causarão danos ao desenvolvimento desses microrganismos. Já se verificou aumento tanto na colonização radicular quanto no número de propágulos de fungos micorrízicos no sistema de plantio direto em relação ao convencional (McGonigle & Miller, 1993) ou em sistemas em que o solo seja menos perturbado (McGonigle & Miller, 1996). Todavia, isso parece não ser uma regra e depende muito da planta hospedeira, das espécies de fungos micorrízicos predominantes e da especificidade. Isso pode ser observado no trabalho de Fernandes (1995), onde foram encontrados valores maiores de colonização de raízes da aveia em plantio direto que no convencional; porém, na soja a colonização foi semelhante entre os sistemas. A microbiota do solo na agricultura orgânica e no manejo das culturas 31 O Quadro 3 mostra a relação C/N da palha (resíduo cultural) de algumas gramíneas. Nele pode-se observar uma relação C/N excessivamente alta, devendo ocorrer mineralização lenta e alta taxa de imobilização. Por isso, se a cultura seguinte for gramínea, a adubação nitrogenada integral deve ser considerada. Se for leguminosa e formar simbiose eficiente, aquela relação não terá efeito sobre o desenvolvimento da cultura. O cultivo associado de uma gramínea e uma não-gramínea, para adubação verde, pode proporcionar aumentos significativos nos rendimentos das culturas subseqüentes. Exemplos disso são os trabalhos de Ferro (1991), que cultivou aveia preta associada com tremoço e obteve incrementos significativos nos rendimentos tanto de milho quanto de soja; de Andreola et al. (1998a) que obtiveram em média 220 kg ha -1 de grãos de feijão a mais por causa do uso da aveia preta associada com nabo forrageiro e, ainda, de Andreola (2001) que avaliou associações entre gramíneas (aveia preta, centeio e triticale) e não-greamíneas (nabo forrageiro, ervilhaca e gorga). O último autor obteve aumentos significativos nos rendimentos de grãos de milho e de feijão, cultivados subseqüentemente às associações. O fundamento desses fatos pode ser visto no Quadro 2, em que a relação C/N das leguminosas utilizadas para adubação verde é bastante baixa. Na mistura com gramíneas, o resultado é uma relação menor que a da gramínea e, portanto, mais favorável à decomposição. Além disso a quantidade de N acumulado pela leguminosa é bastante considerável (Quadro 2). Quando se trata do uso de leguminosas como cobertura do solo ou adubação verde, a literatura que mostra o efeito benéfico sobre a cultura subseqüente, é bastante farta (Fundação Cargill, 1984; Rosolem, 1987; Aita et al., 1991; Ferro, 1991; Andreola et al. , 1998b; Andreola, 2001). Nela verifica-se que, em alguns casos, a leguminosa proporciona rendimento da cultura sucessora superior ao tratamento com dose integral de N (Fundação Cargill, 1984; Aita et al., 1991; Kanthack et al., 1991); em outros casos o fornecimento de N pela leguminosa é semelhante ao fornecido pela adubação mineral (Rosolem, 1987; De-Polli & Chada, 1989; Ferro, 1991; Andreola et al., 1998b; Andreola, 2001); porém, em outros casos ainda pode ser necessária a adição de doses complementares de N ( Baldissera e Scherer, 1991). As diferenças acima apontadas podem ser causadas pelo manejo que se dá à leguminosa ou a exigência nutricional da cultura sucessora. Nos Estados de São Paulo (Fundação Cargill, 1984) e Rio de Janeiro (De-Polli & Chada, 1989), quando a mucuna atinge o estádio de florescimento pleno, é incorporada ao solo ou então é cortada e deixada na superfície do solo e o milho é semeado em seguida. Quadro 3. Relação C/N da palha (restos culturais) de algumas gramíneas. Espécie Relação C/N Fonte Trigo 80 Lynch (1986) Aveia preta 74 Tedesco (1983) ( 1 ) Milho 112 Costa et al. (1989) Milho 86 Rowell (1994) ( 1 ) Tedesco (1983) citado por Monegat (1991) Faustino Andreola Silvana Aparecida Pavan Fernandes 32 Praticamente todo o N requerido pela cultura do milho provém da decomposição da mucuna, pois as condições climáticas são favoráveis. Já no Paraná (Calegari, 1991) e Santa Catarina (Baldissera & Scherer, 1991; Andreola et al., 1998b), onde o objetivo principal do cultivo da mucuna preta é a manutenção do solo coberto durante o inverno, a mucuna é manejada de forma diferente. Ou seja, a mucuna é semeada entre as fileiras por ocasião do florescimento de milho. Após a colheita do milho, a mucuna continua vegetando, até a ocorrência das primeiras geadas, quando ela é “queimada”. Assim, juntamente com a palhada do milho, ela permanece na superfície do solo durante todo o inverno. Por ocasião da implantação da safra de verão é incorporada ao solo ou então permanece como cobertura morta na superfície do solo. O milho é semeado em cultivo mínimo (abertura de sulcos para a semeadura) ou no sistema de plantio direto. Nesse último sistema, a contribuição da mucuna ao fornecimento de N para o milho tem sido variável. Calegari (1991) encontrou 36%, enquanto Baldissera & Scherer (1991) obtiveram 55% de N proveniente da mucuna. Já Andreola et al. (1998b), em experimento com cinco anos de duração, não encontraram diferença entre os tratamentos com e sem mucuna no rendimento de grãos de milho. Entretanto, se a cultura sucessora é menos exigente em N, como é o caso da cebola, praticamente todo o N pode ser conseguido da mucuna (Costa et al., 1992). A permanência dos resíduos de mucuna na superfície do solo por um longo período, como no caso do sistema adotado no Paraná e Santa Catarina, pode levar a perdas de N. Embora a temperatura média durante o inverno não seja adequada à mineralização, ela sempre ocorre. Isso porque a temperatura não é constantemente baixa, ocorrendo horas do dia ou mesmo alguns dias com temperaturas elevadas, o que tem levado à decomposição de boa parte da mucuna, pelo estímulo à atividade microbiana. Se for considerado que as chuvas naquelas regiões ocorrem normalmente durante todo o inverno e que a maior parte do N contido na mucuna encontra-se nas folhas, na época em que a geada a “queimou”, é possível que perdas consideráveis de N possam ocorrer por lixiviação. Leguminosas de inverno, como é o caso da ervilhaca produzida para adubação verde, têm proporcionado rendimentos de milho e de feijão semelhantes à testemunha nitrogenada (Andreola, 2001), especialmente em plantio direto, onde as plantas de ervilhaca, após o manejo, permanecem na superfície do solo e a decomposição é mais lenta. Isso permite que o N proveniente da leguminosa seja melhor aproveitado pela cultura sucessora. Quando o cultivo de leguminosas tem por objetivo a produção de grãos, a maior parte do N assimilado é exportada pela colheita (Salisbury & Ross, 1992). Com relação ao cultivo de leguminosas para produção de feno ou silagem, toda a parte aérea é retirada da área e por isso não se deve esperar fornecimento de N para a cultura seguinte. Entretanto, contrariando as expectativas, Dhein et al. (1987), citados por Fontaneli et al. (2000), não obtiveram resposta a doses de N (0, 45, 90 e 135 kg/ ha) no rendimento de milho e de feijão, cultivados em área onde havia sido produzida alfafa para fenação, durante oito anos. A microbiota do solo na agricultura orgânica e no manejo das culturas 33 Embora a maioria dos trabalhos citados neste tópico tratem de alguma maneira da rotação de culturas, os dados referentes ao aproveitamento do N contido nos resíduos dizem respeito apenas à primeira cultura que sucessora. Isso, de certa forma, tem a ver com a dinâmica do elemento no sistema, diferente dos demais nutrientes, pois é considerado que o N não tem poder residual por ser facilmente perdido por volatilização e lixiviação. Teoricamente, é possível haver efeito residual de N. Como visto anteriormente, com o uso de resíduos de relação C/N alta pode demorar bastante tempo para começar a haver liberação de N. Dessa maneira, a primeira cultura sucessora não teria benefício, ao passo que a segunda poderia conseguir algum N proveniente daqueles resíduos. Todavia, na prática, o que se recomenda para uma cultura não- leguminosa após o cultivo de uma cultura que deixa resíduos de alta C/N, é a adubação integral com N. Isso reduz a relação C/N, aumenta a mineralização e pode não sobrar N para proporcionar efeito residual sobre a segunda cultura. Já se a cultura sucessora é uma leguminosa eficiente na fixação de N 2 , não se recomenda adubação nitrogenada e a relação C/N não tem tanta importância. 5. Considerações Finais Como discutido em alguns tópicos deste capítulo, as práticas de manejo do solo ou das culturas interferem na estrutura e, também, na atividade da comunidade microbiana do solo. Considerando que a agricultura sustentável, nas nossas condições de solo e clima, depende consideravelmente da reciclagem dos nutrientes da matéria orgânica e considerando também, que a microbiota do solo desempenha um papel de fundamental importância nesse processo, é possível inferir-se que a criação de condições favoráveis à comunidade microbiana e a sua atividade é de fundamental importância. Os sistemas de produção menos agressivos ao ambiente remetem a sistemas complexos, onde todos os fatores, sejam eles bióticos ou abióticos, bem como as suas interações, têm que ser considerados. O entendimento das interações, especialmente aquelas que envolvam a microbiota do solo e o desenvolvimento de tecnologias que possibilitem a maximização de seus benefícios em prol da agricultura sustentável, constitui-se, atualmente, num dos grandes desafios da pesquisa na área agronômica. Referências AITA, C.; CERETTA, C.A.; FAGGION, F. & CASSOL, L.C. 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Introdução Micorrizas arbusculares são associações simbióticas mutualistas formadas entre fungos Zigomicetos da ordem Glomales (Morton & Benny, 1990) e raízes da maioria das plantas superiores. Com base na ocorrência generalizada dessa associação, Marx & Brian (1975) postularam que “plantas não possuem raízes mas sim micorrizas”. Os fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) formam uma relação simbiótica com a planta, caracterizada pela penetração do micélio fúngico inter e intracelularmente às raízes, sem causar nelas modificações morfológicas. O resultado da colonização radicular pelos FMAs é a ampliação da interface de conexão entre planta e solo, promovida pelo micélio formado externamente às raízes, após o estabelecimento da simbiose. Os principais benefícios dessa relação para as plantas são a ocorrência de alterações metabólicas diversas, com reflexos positivos sobre seu desenvolvimento e estado nutricional. Plantas micorrizadas apresentam maior atividade fotossintética, maior atividade enzimática e de produção de substâncias reguladoras de crescimento. Essas alterações metabólicas conferem às plantas maior resistência aos efeitos provocados por estresses de natureza biótica (pragas e doenças) ou abiótica (déficits hídricos e nutricionais ou estresses térmicos). Ecologicamente, a micorrização possibilita melhor utilização e conservação dos nutrientes disponíveis no sistema solo-planta, por possibilitar às plantas melhor adaptação ao ecossistema, bem como a maior capacidade de adaptação de mudas transplantadas. Os efeitos da micorrização são atribuídos, principalmente, ao desenvolvimento extrarradicular do micélio, que acontece após a colonização radicular pelo fungo. ( 1 )Pesquisador - Instituto Agronômico do Paraná, Rodovia Celso Garcia Cid, Km 375, Três Marcos, Caixa Postal – 481, CEP - 86001-970, Londrina, PR. E-mail: acolozzi@iapar.br. ( 2 ) Professor - Universidade Estadual de Londrina; CCB/Departamento de Microbiologia, Laboratório de Ecologia Microbiana. Caixa Postal 6001, CEP - 86051-990, Londrina, PR. E-mail: nogueira@uel.br Arnaldo Colozzi Filho Marco Antonio Nogueira 42 Entretanto, os autores citam a existência de tendências como o favorecimento da elevação na matéria orgânica do solo sobre a ocorrência de A .morrowiae e E. colombiana e o desfavorecimento sobre A. scrobiculata. Em relação ao pH, os autores citam maior ocorrência de A. morrowiae, A. mellea e E. colombiana em pH baixo e A. scrobiculata e G. etunicatum em pH mais elevado. A esporulação no solo também é bastante variada e depende do fungo, da planta, de fatores de solo, da sazonalidade ou ainda de práticas de manejo da cultura (Cardoso et al., 2003). Balota & Lopes (1996a), estudando a micorrização em cafeeiros adultos em São Paulo, observaram efeito significativo positivo da adubação fosfatada com fosfato natural sobre a esporulação dos fungos nativos no solo. Os autores atribuíram esse efeito ao melhor aproveitamento do fosfato natural pelo fungo para a produção de esporos. Nesse mesmo estudo, observou-se esporulação crescente a partir de março, atingindo o máximo em outubro, sendo esse efeito associado às variações na temperatura e na precipitação pluvial (Balota & Lopes, 1996b). A disponibilidade de P também influencia, além da colonização radicular, o número de esporos, que geralmente diminui com o aumento da disponibilidade de P no solo (Siqueira et al., 1998). Além de fatores do solo e da planta, a esporulação pode ser afetada pela presença de predadores de esporos que crescem na rizosfera (Ross & Daniel, 1982) mas não existem dados observados especificamente no cafeeiro a campo. Em cafeeiro cultivado na Zona da Mata de Minas Gerais, o cultivo em sistema agroflorestal resultou em menor produção de esporos de fungos micorrízicos na camada superficial e aumento da ocorrência de esporos nas camadas mais profundas, o inverso do que ocorreu no sistema convencional de produção (Oliveira et al., 2003). A maior ocorrência de esporos em maiores profundidades no sistema agroflorestal foi atribuída à maior ocorrência de raízes. Em cafeeiros adultos, em condições de campo, a colonização micorrízica apresenta valores bastante variados. Nos diversos trabalhos que citam dados de colonização a campo podem ser observados valores de 4% (Lopes et al., 1983a) a 80% (Oliveira, 1988). É evidente que uma das causas de variações tão grandes é inerente às condições de obtenção dos dados, que são diferentes. Entretanto, até no mesmo experimento, Saggin Júnior & Siqueira (1996) citam que em situações de campo é difícil correlacionar fatores edáficos com colonização radicular, porque existe um grande número de complexas interações envolvidas. Entretanto, algumas tendências são observadas como, por exemplo, aquelas citadas por Fernandes & Siqueira (1989) que relatam que a adubação fosfatada do cafeeiro pode causar uma redução na colonização a campo ou exercer nenhuma influência, dependendo da quantidade de P utilizada, freqüência de aplicação e nível original de P no solo. Calagem, idade da lavoura, variação sazonal e local também influenciam a colonização. Segundo Siqueira et al. (1990), a calagem favorece a colonização por eliminar fatores fungistáticos que atuam sobre a germinação de esporos no solo, além de atuar sobre a composição das populações de FMAs. Segundo Saggin Júnior & Siqueira (1996), a idade da lavoura pode afetar positiva ou negativamente a colonização radicular, estando este efeito associado à sustentabilidade da lavoura. Os autores comentam dados de colonização observados em lavouras adultas na Colômbia e em São Paulo. Na Colômbia, o cafeeiro adulto apresentou colonização maior, podendo tal fato estar Micorrizas arbusculares em plantas tropicais: café, mandioca e cana-de-açúcar 43 relacionado ao sombreamento das lavouras. Esse manejo estaria favorecendo a colonização das plantas por FMAs e promovendo maior sustentabilidade do agrossistema cafeeiro em relação ao cultivo convencional praticado em São Paulo. As relações da colonização micorrízica a campo com as características edáficas são de difícil interpretação, mas a comparação de dados de diversos experimentos de campo mostra que ela está mais relacionada às diferenças na composição de espécies e na quantidade de fungos nativos do que nas características do solo (Saggin Júnior & Siqueira, 1996). Portanto, o entendimento dessas relações a campo depende de estudos específicos que envolvam o conhecimento das espécies nativas, sua freqüência de ocorrência e, principalmente, suas relações com o hospedeiro, dentro do próprio ambiente natural de cultivo e o manejo praticado na condução da lavoura. 3. Micorrizas Arbusculares em Mandioca A cultura da mandioca freqüentemente ocupa solos de baixa fertilidade, porém, mesmo nessas condições, obtém níveis de produtividade considerados razoáveis. Depois da cana-de-açúcar, é a cultura que mais produz calorias por área cultivada e, por isso, é considerada como uma das mais eficientes em produzir carboidratos (Howeler, 1981). O sistema radicular da planta de mandioca é composto por raízes grossas, pouco abundantes, com poucos pêlos, o que resulta em menor superfície específica disponível para absorção de água e nutrientes. Isso parece ser uma contradição frente à sua capacidade de adaptação a solos de baixa fertilidade. Essa característica explicita a importância das associações micorrízicas para a cultura da mandioca, pois desempenham papel importante no seu estabelecimento e manutenção, o que é comprovado pela sua alta dependência micorrízica (Figura 1) (Balota et al., 1997). A associação das raízes das plantas a fungos micorrízicos resulta na formação da micorriza propriamente dita, a qual tem maior capacidade de exploração do solo ao seu redor com relação à obtenção de água e nutrientes, especialmente os de baixa mobilidade no solo, como o P (Figura 1), quando comparada ao sistema radicular não colonizado. Dentre os nutrientes, o fósforo é o mais importante na regulação do estabelecimento e desempenho da micorriza. Trabalhos realizados por Habte & Byappanahalli (1994) indicaram que plantas de mandioca propagadas com manivas pequenas (2 cm, contendo 2 mg de P) apresentaram maior dependência micorrízica que plantas propagadas a partir de manivas grandes (18 cm, contendo 20 mg de P). Assim, manivas maiores resultam em menor dependência da obtenção de P do solo pelas plantas via hifas externas dos fungos micorrízicos, pelo menos até quando as manivas puderem suprir o P necessário ao desenvolvimento da planta, o que ocorre nas fases iniciais. Além disso, sob alta disponibilidade de P no solo, houve efeito micorrízico negativo, ou seja, depressão de crescimento da planta com 103 dias, em relação àquelas não micorrizadas (Figura 2). Nessa condição, o fungo passa a constituir um gasto a mais para a planta, sem que esta seja beneficiada pelo aumento da absorção de P, que já se encontra em quantidade suficiente. Arnaldo Colozzi Filho Marco Antonio Nogueira 44 Matéria Seca P a rt e a é re a (g p la n ta -1 ) 0 2 4 6 Acúmulo de P R a íz e s (m g p la n ta -1 ) 0 300 600 900 1200 (m g p la n ta -1 ) 0 5 10 15 20 (m g p la n ta -1 ) 0 1 2 3 4 Sem fungo micorrízico Glomus manihotis Glomus clarum C B A C B A A A A A B B Figura 1. Produção de matéria seca da parte aérea e raízes e acúmulo de P por plantas de mandioca colonizadas ou não por fungos micorrízicos arbusculares. Os valores representam a média dos trata- mentos com bactérias diazotróficas. Médias com letras distintas diferem entre si pelo teste de Tukey a 5%. (Adaptado de Balota et al., 1997). manivas de 18 cm P na solução do solo (mg L -1 ) D e p e n d ê n c ia m ic o rr íz ic a ( % ) -30 -20 -10 0 10 20 manivas de 2 cm 0 20 40 60 80 0,003 0,02 0,2 0,007 0,02 0,2 Figura 2. Dependência micorrízica de plantas de mandioca em função do tamanho da maniva e da disponibilidade de P na solução do solo. (Adaptado de Habte & Byappanahalli, 1994). Avaliações de plantas micorrizadas nas fases iniciais de seu ciclo de desenvolvimento não expressam exatamente o que pode ocorrer com a planta ao final de seu ciclo produtivo. A formação de micorriza é um processo às vezes lento, que demanda energia da planta destinada à formação da biomassa fúngica. Nessa fase, pode inclusive haver depressão de crescimento da planta hospedeira, pois os Micorrizas arbusculares em plantas tropicais: café, mandioca e cana-de-açúcar 47 radicular pela espécie de FMA eficiente aumentou a produtividade da cultura na avaliação realizada com 12 meses. Esses resultados ressaltam a importância de sistemas de manejo que visem aumentar o potencial de inóculo de espécies eficientes em promover o desenvolvimento das plantas. Em outro trabalho, Fagbola et al. (1998b) observaram colonização radicular e produção de raízes de mandioca de pelo menos duas vezes maiores em plantas colonizadas por Glomus clarum do que as colonizadas por FMAs nativos, em um solo de baixa fertilidade da Nigéria. Resultados semelhantes também foram observados por Osonubi et al. (1995), em plantas a campo colonizadas por Glomus deserticola. Sob as mesmas concentrações de nutrientes no solo, as plantas que receberam inóculo de FMAs eficientes foram mais produtivas, o que demonstra o benefício da inoculação de espécies de fungos previamente reconhecidos como eficientes em aumentar o desenvolvimento das plantas de mandioca. A micorrização de plantas de mandioca com espécies eficientes ou o uso de práticas culturais que aumentem o potencial de inóculo de FMAs podem aumentar os efeitos positivos das associações micorrízicas em mandioca, mesmo em solos considerados marginais quanto à disponibilidade de fósforo (Atayese et al., 1993). Sob esse ponto de vista, espécies eficientes poderiam ser multiplicadas em canteiros a campo, em plantas hospedeiras, mas há que se considerar a qualidade fitossanitária do inóculo para que não seja um fator de disseminação de patógenos como fitonematóides (Balota & Colozzi-Filho, 2002). Além do efeito direto do aumento de produtividade da cultura de mandioca pela inoculação de FMAs eficientes a campo, sem eliminação dos FMAs nativos, há também o efeito “residual” da inoculação. Além de observarem aumentos de produtividade de mandioca colonizada por FMA, Dodd et al. (1990a; 1990b) também constataram que a cultura da mandioca foi uma das mais eficientes em aumentar o potencial de inóculo, tanto do FMA introduzido quanto dos nativos, o que se refletiu no aumento de produtividade da cultura seguinte. Os resultados preconizam que pré- cultivos podem aumentar não apenas o número de esporos de FMAs nativos ou introduzidos, mas criar uma população diferenciada dependendo da cultura utilizada, como aconteceu com G. manihotis nas áreas cultivadas com mandioca. Outro aspecto interessante da associação micorrízica com a mandioca refere-se ao sinergismo existente entre fungos micorrízicos e bactérias diazotróficas. A inoculação de bactérias como Klebsiella sp., um isolado (bactéria E) homólogo a Burkholderia e Azospirillum lipoferum resultou em aumento do acúmulo de N na parte aérea das plantas micorrizadas em cerca de oito vezes em comparação com as plantas-controle não micorrizadas (Balota et al., 1997) (Tabela 1). Esse significativo aumento do acúmulo de N pelas plantas micorrizadas é atribuível à melhoria da nutrição com relação ao P, uma vez que a fixação biológica de N (FBN) requer grande consumo de energia na forma de ATP. Outros elementos-chave na FBN como o Fe e o Mo também têm suas absorções aumentadas nas plantas micorrizadas (Hayman, 1983). A presença de algumas dessas bactérias diazotróficas também incrementou a colonização micorrízica em mandioca, comparando-se com o nível de colonização atingido pelo fungo sem a presença das bactérias (Balota et al., 1995). Substâncias produzidas por bactérias podem estimular o desenvolvimento do micélio fúngico e sua ramificação, o que pode aumentar o número de pontos de infecção no hospedeiro (Aboul-Nasr, 1996). Arnaldo Colozzi Filho Marco Antonio Nogueira 48 Essa simbiose tripartite é estratégica para essa cultura, visto que dois dos macronutrientes primários têm sua absorção incrementada, o que é de fundamental importância principalmente em sistemas agrícolas de baixa utilização de insumos, como é a maioria dos casos de cultivo da mandioca. Tabela 1. Acúmulo de N (mg planta -1 ) na parte aérea de mandioca micropropagada aos 95 dias, de acordo com a inoculação de bactérias diazotróficas e fungos micorrízicos arbusculares (Adaptado de Balota et al., 1997). Bactéria Fungo micorrízico arbuscular diazotrófica Sem fungo G. manihotis G. clarum Controle 20,95aB 119,79bA 156,78aA Klebsiella sp. 18,42aC 90,90bB 149,34aA Burkholderia sp. 27,28aB 224,10aA 243,19aA A. lipoferum 20,26aB 225,12aA 185,36aA Mistura 25,75aB 153,42bA 199,25aA Médias seguidas de letras minúsculas iguais nas colunas e maiúsculas nas linhas não diferem entre si pelo teste de Tukey a 5%. Programas que visam à obtenção de plantas de mandioca livres de patógenos e maior quantidade de mudas provenientes de uma determinada variedade promissora após programas de melhoramento lançam mão de técnicas de microcultivo in vitro. Um dos principais problemas observados com essa técnica é o baixo índice de sobrevivência das plantas micropropagadas após a fase de aclimatização, chegando a apenas 55% (Azcón-Aguilar et al., 1997). O uso de micorrizas pode aumentar a tolerância das plantas ao estresse causado pela aclimatização. Houve significativo aumento da sobrevivência de clones micropropagados, colonizados por Glomus deserticola, que alcançaram valores próximos a 100% de sobrevivência na fase inicial do pós vitro, enquanto que os não micorrizados apresentaram índice de 75% (Azcón- Aguilar et al., 1997). Efeitos benéficos da micorrização de plântulas de mandioca micropropagadas também foram observados por Calderón et al. (2000), os quais relataram que as plantas associadas a Glomus manihotis apresentaram significativo aumento de crescimento em relação às não micorrizadas, além de terem maior uniformidade, atribuída ao menor estresse após o transplante. 4. Micorrizas arbusculares em cana-de-açúcar Diferentemente do que foi apresentado sobre mandioca, trabalhos que mostram a interação entre cana-de-açúcar e fungos micorrízicos arbusculares são mais escassos. É possível que essa menor quantidade de trabalhos avaliando a micorrízação da cana-de-açúcar deva-se a características intrínsecas da cultura, tais como o ciclo longo e o grande porte, o que dificulta sua avaliação em ambientes controlados, não havendo nenhum trabalho conclusivo sobre o efeito da associação micorrízica sobre essa cultura (Reis et al., 1999). Micorrizas arbusculares em plantas tropicais: café, mandioca e cana-de-açúcar 49 Uma das primeiras pesquisas sobre micorrizas na cultura da cana foi um trabalho pioneiro de levantamento realizado por Dainese & Cardoso (1981), que relataram a existência da simbiose entre FMAs e essa importante cultura. Nesse trabalho foram avaliadas oito variedades de cana cultivadas no município de Piracicaba (SP), sendo que os níveis de colonização variaram de zero a 22 %, sugerindo que as variedades diferiram em sua capacidade de formar micorrizas. Os esporos encontrados foram predominantemente dos gêneros Glomus e Gigaspora. Andreola (1982) observou esporulação de fungos micorrízicos de 433 a 1620/100 mL de solo e colonização radicular variando de 3 a 45% em áreas cultivadas com cana na região de Piracicaba. Novamente constatou-se o predomínio do gênero Glomus, com 70- 96 % das ocorrências de esporos. Esse autor não encontrou relação entre os níveis de colonização radicular e o desenvolvimento da planta, fato atribuído à alta disponibilidade de P nos solos em que foram realizadas as avaliações. Em condições de campo em Cuba, Pablos et al. (1997) observaram que os níveis de colonização micorrízica de cana-de-açúcar foram de 27 a 77%. Esses valores variaram de acordo com a fertilidade do solo numa relação inversa, característica notória para a colonização micorrízica da maioria das culturas. Entretanto, os níveis de produtividade foram inversos aos da colonização micorrízica, indicando que, naquelas condições, as maiores produtividades não necessariamente foram relacionadas ao maior nível de colonização. É possível que essa relação inversa seja decorrente da utilização de grande quantidade de fertilizantes químicos, principalmente fosfáticos, o que inibe a colonização micorrízica (Kelly et al., 2001). Em estudo realizado na Austrália, Kelly et al. (2001) observaram pouca resposta da cultura da cana à micorrização com Glomus clarum quando comparada às culturas do milho e da soja, classificando-a como de baixa dependência micorrízica. Ainda assim, os autores concluíram que, quando há suficiente número de propágulos de fungos micorrízicos no solo, a adubação com fertilizante fosfático, para as condições avaliadas, só se faz necessária quando a disponibilidade de P for menor que 30 mg kg -1 (H 2 SO 4 0,005 M), enquanto que na ausência de propágulos de FMA, esse nível sobe para 47 mg kg -1 de P. Em levantamento realizado por Reis et al. (1999) em plantios comerciais de cana no Rio de Janeiro e Pernambuco, em várias condições de solo, variedades e sistemas de manejo, concluiu-se que a não realização da queima da cultura por ocasião do corte aumentou o número de esporos de fungos micorrízicos no solo, bem como a diversidade de espécies de FMAs encontradas. O aumento da quantidade e da diversidade de espécies de FMA pode contribuir para outras culturas utilizadas em rotação por ocasião da reforma do canavial, comprovadamente mais responsivas à micorrização, especialmente a soja e o milho, conforme demonstrado por Kelly et al. (2001). Se em condições de campo a cultura da cana caracteriza-se por apresentar baixa dependência micorrízica, a inoculação com fungos micorrízicos arbusculares para aumentar o índice de sobrevivência durante a aclimatação e o vigor de mudas obtidas a partir da cultura de tecidos parece ser promissora. Andreola et al. (1985), empregando mini toletes de três variedades de cana com uma gema, que recebeu tratamento térmico para controle de patógenos, constaram que a micorrização promoveu maior crescimento da planta, mas a eficiência do FMA variou com a variedade. Arnaldo Colozzi Filho Marco Antonio Nogueira 52 ATAYESE, M.O.; AWOTOYE, O.O.; OSONUBI, O.; MULONGOY, K. 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A associação mutualística formada entre fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) e as raízes de fruteiras é de grande importância e interesse, devido aos benefícios causados principalmente para as plantas que passam por fase de viveiro, pois antecipa o tempo de transplantio para o campo, estimulando o crescimento precoce da muda e consequentemente reduzindo o seu tempo de produção, o que aumenta a produtividade do viveiro, a rotatividade na ocupação da infra-estrutura e a eficiência de utilização da mão-de-obra especializada (Silveira et al, 2003). Favorece também a tolerância aos estresses climáticos e edáficos, aumenta a resistência das plantas a patógenos, a sobrevivência das mudas ao transplantio para o campo, além de minimizar o uso e gastos com fertilizantes, uma vez que aumenta a eficiência na utilização dos nutrientes disponíveis no substrato ou dos nutrientes adicionados pela adubação (Maroneck et al., 1981). O tempo de permanência das mudas no viveiro e a sua qualidade são fatores importantes no custo de produção. Portanto, a busca de alternativas, que acarretem melhoria na qualidade sanitária do substrato e utilizem como manejo a inoculação de FMAs eficientes, pode garantir a produção de mudas sadias e mais precoces. ( 1 ) Pesquisadora, Instituto Agronômico, Centro de Solos e Recursos Ambientais. Caixa Postal 28, CEP- 13001-970, Campinas, SP E-mail: apdsil@iac.sp.gov.br ( 2 ) Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Ciências do Solo. Campus do Pici, Bloco 807, Caixa Postal 12168, CEP- 60455-760, Fortaleza, CE. E-mail: vaniafreire@ufc.br. Adriana Parada Dias da Silveira Vânia Felipe Freire Gomes 58 Em culturas que passam pela fase de mudas, como é o caso da maioria das fruteiras tropicais, a micorrização pode aumentar significativamente o desenvolvimento da planta, principalmente quando se utilizam substratos desinfestados, por vapor ou fumigação, nos quais foi eliminada a microbiota benéfica, como os FMAs, além dos patógenos. Por isso, a introdução de FMAs eficientes em viveiros de diversas fruteiras tem sido recomendado, em especial para aquelas altamente dependentes da condição micorrízica como os citros, mamão, maracujá entre outras. Apesar dos benefícios que a associação propicia, ainda há problemas quanto à produção de inóculo de FMAs em larga escala, capaz de atender à demanda dos viveiristas, o que dificulta a sua utilização como parte do manejo de produção de mudas de fruteiras (Cardoso & Lambais 1992). Em síntese, a produção de mudas micorrizadas de plantas frutíferas deve atender a alguns requisitos como: 1- seleção de FMAs eficientes para o maior número possível de variedades da mesma espécie de planta, em determinada faixa de fertilidade do solo ou substrato, principalmente em relação ao nível de P disponível, além de ser competitivo em relação a FMAs nativos em condições de solo ou substrato não desinfestado; 2- desinfestação do solo ou substrato de forma a permitir a introdução de FMAs eficientes; 3- adequação do solo ou substrato visando um nível de fertilidade que garanta a maior expressão possível da eficiência da associação, com possível redução na quantidade de fertilizantes e aumento na eficiência de utilização dos nutrientes adicionados; 4- controle das condições ambientais em relação à umidade, temperatura e sanidade do viveiro e das mudas. O conhecimento a respeito da associação micorrízica em plantas frutíferas tropicais é incipiente, pois somente alguns aspectos da simbiose têm sido estudados em um número ainda restrito dessas plantas. A maioria dos estudos visa avaliar o efeito da associação no desenvolvimento da planta, buscando a sua utilização prática para a produção de mudas, ou seja, explorando o aspecto biotecnológico dos FMAs. 2. Associação Micorrízica nas Plantas Cítricas O Brasil é um dos maiores produtores de citros do mundo e o Estado de São Paulo produz 85% da produção brasileira de laranjas e 98% do suco exportado (Mattos Junior et al., 2005). Entre as fruteiras, as plantas cítricas são as mais estudadas em relação à associação micorrízica, sendo que desde a década de 30 já há relatos sobre a presença de FMAs associados a raízes de diferentes plantas cítricas em pomares da Califórnia, Nova Zelândia, Austrália e Ilhas Cook (Marx et al., 1971). Na época, havia muita controvérsia sobre o papel dos fungos micorrízicos no desenvolvimento dos citros e estes autores, realizando um experimento com limão rugoso e laranja azeda e inoculação de Glomus mosseae, em solo esterilizado, observaram aumento no crescimento das plantas e atribuíram às raízes micorrizadas o papel de raízes “alimentadoras” das plantas. Ao mesmo tempo, com o início da prática de fumigação Micorrizas em Plantas Frutíferas Tropicais 59 de solo para produção de mudas de plantas cítricas na Califórnia e Flórida, as plantas se apresentavam cloróticas e com desenvolvimento reduzido, inicialmente atribuído ao efeito tóxico da fumigação, realizada para eliminação de patógenos. Kleinschmidt e Gerdemann (1972) realizaram, então, um experimento de inoculação de G. mossaea em solo desinfestado por fumigação ou vapor e concluíram que o desenvolvimento insatisfatório das plantas era a nutrição inadequada em conseqüência da eliminação dos FMAs nativos. Assim, na década de 70 e 80 muitos trabalhos foram realizados empregando diferentes porta-enxertos, FMAs, em várias condições de fertilidade do solo, em solo desinfestado ou não, mostrando que as plantas cítricas respondem à micorrização, havendo efeito benéfico no crescimento e na absorção de nutrientes (Schenck e Tucker, 1974; Nemec, 1978; McGraw e Schenck, 1980 e outros). Além disso, demonstrou-se que as plantas cítricas são muito dependentes da associação micorrízica (Menge et al., 1978), resultando em um micotrofismo altamente significativo, o qual é visualizado pelo maior crescimento e melhor estado nutricional da planta. Em pomares brasileiros, já foi constatada a presença de FMAs associados a vários porta-enxertos, em diferentes sistemas de manejo, ocorrendo, no geral, intensa colonização radicular (Oliveira et al, 1986; Weber & Oliveira, 1994; Oliveira & Coelho, 1995; França, 2004), com predominância de espécies do gênero Glomus (Oliveira & Coelho, 1995; Rego, 2000; França, 2004) ou Acaulospora (Siqueira et al., 1989; Weber & Oliveira, 1994). Vários fatores concorrem para o estabelecimento e desempenho da micorriza, sendo que a compatibilidade entre a espécie vegetal, a espécie ou isolado do FMA e o meio de cultivo (solo ou substrato) é a mais relevante para garantir a máxima expressão de eficiência da simbiose. Assim a seleção de fungos eficientes e a adequação do substrato são dois aspectos que devem ser avaliados ao mesmo tempo. No Brasil, para várias plantas cítricas, desde a década de 80 estão sendo realizados trabalhos com este objetivo, empregando solo (Tabela 1), solo com adição de matéria orgânica ou substratos orgânicos comerciais (Tabela 2). Visando atender à melhoria da qualidade das mudas cítricas, instituiu-se o “Programa de Certificação de Mudas Cítricas do Estado de São Paulo”, que estabelece normas como a obtenção de mudas em ambiente protegido, mudas envasadas, utilizando substratos e água desinfetados (Panzani et al., 1994). Além disso, há uma portaria da CDF (Coordenadoria de Defesa Fitossanitária) da Secretária da Agricultura do Estado de São Paulo que obriga os viveiristas de mudas de plantas cítricas a efetuarem a produção em viveiros telados (ambiente protegido), o que, conseqüentemente, leva ao uso obrigatório de substrato em recipientes, com total isenção de solo. Apesar das dificuldades para adaptação e do alto custo das instalações, esse sistema possibilita a obtenção de mudas em períodos mais curtos, além de mudas de melhor qualidade, pois há maior controle de patógenos e praga, e possibilita a inoculação de FMAs eficientes nos substratos isentos de propágulos. Este efeito é ilustrado pela figura 1, que mostra mudas de limoeiro Cravo produzidas em dois substratos orgânicos comerciais onde foram inoculados G etunicatum e G. intraradices (Maiorano, 2003). Adriana Parada Dias da Silveira Vânia Felipe Freire Gomes 62 Tabela 1. Alguns trabalhos realizados no Brasil com diferentes plantas cítricas e FMAs, utilizando solo ou mistura de solo-areia. Planta FMA eficiente Adubação fosfática Referência Limão cravo G. margarita Abaixo do limite crítico Caldeira et al., 1983 Limão cravo e G. leptotichum e G. gilmorei FR: 106 mg dm -3 P total Cardoso et al., 1986 Laranja caipira G. margarita FS: 0, 30, e 100 mg kg -1 Limão cravo FMAS nativos e G. etunicatum FR e FS: 0, 50, 100 e 200 mg kg -1 Antunes e Cardoso, 1990 Limão cravo G. etunicatum FR e FS: 0, 50, 100 e 200 mg kg -1 Antunes e Cardoso, 1991 Limão cravo, G. etunicatum P no solo: 6 mg dm -3 Oliveira et al., 1992 Limão rugoso da Flórida e Limão rugoso da Flórida FM Laranja caipira e G. intraradices e G. clarum FS: 0, 50, 100, 200 e 250 mg kg -1 Melloni e Cardoso, 1999 Tangerina cleópatra Limão cravo G. intraradices FS: 0, 50, 100, 200 e 250 mg kg -1 Melloni et al., 2000 Fonte de P usada: FR - fosfato de rocha e FS- fosfato solúvel. Tabela 2. Alguns trabalhos realizados no Brasil com diferentes plantas cítricas e FMAs, empregando substrato com incorporação de matéria orgânica. Planta FMA eficiente Substrato Referência Limão cravo G. albidum, G. clarum, Solo-esterco bovino - 10% Weber e Luz, 1990 G. manihotis, E. colombiana Limão rugoso Flórida G. clarum Solo-composto orgânico-12,5% Limão cravo A. morrowae Substrato comercial e FR ou FS: Camargo et al., 1990 0, 320, 640 e 1280 g P2O5 m -3 Limão cravo, Limão G. etunicatum Solo-torta de mamona- Weber et al., 1990 volkameriano, Limão rugoso esterco bovino- palha Flórida e Tangerina cleópatra braquiária: 0, 4 e 8 t ha -1 Tangerina cleópatra Mistura de FMAs Substrato comercial Rocha et al., (casca de pinus) e FS: 1994 e 1995 0, 320, 640, 1280, 200 e 2560 g P2O5 m -3 Citrange Troyer G. intraradices Areia silícea+ perlita Souza et al., + turfa Sphagnum e turfa negra 1997 e 1998 + turfa Sphagnum Tangerina cleópatra, G. clarum e Solo-areia-plantmax Agnani et al., 1998 Sunki e Orlando; G. intraradices Laranja azeda; Limão cravo e volkameriano; Citrange troyer; Poncirus trifoliata Citrange troyer A. scrobiculata Solo-areia e solo-areia- Souza et al, 2003 casca de acácia negra Limão cravo G. intraradices e Vários substratos orgânicos comerciais Maiorano, 2003 G. etunicatum à base de casca de pinus e fibra de coco Fonte de P usada: FR - fosfato de rocha e FS- fosfato solúvel Micorrizas em Plantas Frutíferas Tropicais 63 Desde a década de 70 já se conhece o efeito benéfico da micorrização na obtenção de mudas de mamoeiro, quando Ramirez et al. (1975) constataram que a inoculação de Glomus macrocarpum e Gigaspora calospora promoveu maior crescimento das plantas, em solo com pH 6,5 e esterilizado. Posteriormente, Casagrande et al. (1986) selecionaram FMAs para produção de mudas mas empregaram como substrato uma mistura de subsolo e esterco, não desinfestada, constatando que a inoculação de Glomus mosseae e um inóculo misto obtido na rizosfera de Paspalum notatum causaram maior crescimento das plantas em relação às não micorrizadas, crescidas em substrato desinfestado. A produção de mudas de plantas frutíferas geralmente emprega no preparo do substrato a adição de esterco que, se por um lado beneficia a associação micorrízica estimulando o crescimento radicular do hospedeiro, por outro pode prejudicar o estabelecimento da micorriza pelo aumento na disponibilidade de P no susbtrato. Assim, Trindade et al. (2000a) concluíram que a adição de 10% de esterco bovino de curral (P - 41 mg dm-3) ao solo desinfestado por fumigação e inoculação de Glomus etunicatum promoveu a obtenção de mudas sadias e apropriadas ao transplantio para o campo. Efeitos da adubação fosfática e da inoculação de FMAs na produção de mudas de mamoeiro foram realizados em diversas condições. Weber & Amorim (1994), empregando um latossolo amarelo álico textura franco argilosa, esterilizado, constataram um grande efeito benéfico da micorrização no crescimento das plantas e acúmulo de nutrientes na parte aérea, pois as plantas não micorrizadas e adubadas com 60 mg L - 1 de P2O5 tiveram crescimento equivalente às micorrizadas no solo não adubado (sem adição de P). Glomus etunicatum e Entrophospora colombiana favoreceram o crescimento das plantas principalmente nas doses de 20 e 40 mg L -1 de P2O5. Silva & Siqueira (1991), empregando uma mistura de solo e vermiculita (5:1 v/v), desinfestada por fumigação e suplementada ou não com superfosfato simples (SS), observaram que as plantas obtidas em substrato sem SS (P - 2 mg dm-3) responderam à inoculação de Glomus clarum, Glomus macrocarpum, Scutellospora heterogama e mistura de fungos, enquanto que com a adição de SS (P - 52 mg dm-3) responderam apenas a Glomus clarum. A interação entre o FMA, a planta hospedeira e o nível de P no solo/substrato depende principalmente do genótipo da planta em relação à sua exigência nutricional, capacidade de absorção e eficiência de utilização do nutriente absorvido, além do grau de dependência micorrízica (Clement e Habte, 1995; Koide, 1991). Portanto, o genótipo do hospedeiro é um fator determinante do estabelecimento da associação micorrízica, pois características relacionadas ao sistema radicular, taxa de crescimento e alocação de carboidratos exercem influência na formação da micorriza (Amijee et al., 1993). Neste aspecto, Trindade et al. (2001a) avaliaram o grau de dependência micorrízica de quatro variedades de mamoeiro em função da aplicação de P no solo (superfosfato triplo), desinfestado por fumigação, concluindo que a máxima eficiência micorrízica do mamoeiro situou-se na faixa de 12 a 16 mgdm-3 de P disponível e que a alta dependência micorrízica da planta relacionou-se com a capacidade da variedade em produzir raízes. Adriana Parada Dias da Silveira Vânia Felipe Freire Gomes 64 A micorrização das variedades Baixinho de Santa Amália e Tainung n o .1 por G. clarum e Gigaspora margarita reduziu em até sete vezes a necessidade de aplicação de P ao solo para se atingir a máxima produção de parte aérea, resultado de uma maior eficiência simbiótica (Tabela 3). Ao mesmo tempo, Trindade et al (2001b) determinaram o coeficiente de determinação genotípica do mamoeiro quanto à capacidade de se associar ao FMA e de ser uma associação eficiente, baseado na premissa de que as plantas, mesmo no nível de variedade, podem diferir na sua eficiência micorrízica e no seu grau de susceptibilidade à colonização micorrízica (Lackie et al., 1988), o que é importante nos programas de seleção de plantas e de FMAs para produção de mudas de plantas frutíferas. Assim, os autores concluíram que o melhoramento de mamoeiros do grupo Formosa pode modificar a produção de parte aérea, comprimento de raízes, altura de plantas e a eficiência micorrízica, enquanto que para o grupo Solo, o mais provável será colonização radicular e produção de parte aérea. Tabela 3. Beneficío micorrízico, eficiência simbiótica e P aplicado e disponível no solo para promover máxima eficiência micorrízica nas variedades de mamoeiro colonizadas ou não por G. clarum ou G. margarita. Benefício Eficiência Classificação P P Fungos P Micorrízico simbiótica da eficiência aplicado disponível admensional % mg dm -3 ) Sunrise Solo Controle 218,11 - - - 67-90 (1) 33,8-46 G.clarum - 27,0 12,4 baixa 23,8 12,7 G.margarita - 44,0 20,2 baixa 25,5 13,5 Sunrise Solo - Line 72/12 Controle 224,07 - - - 77,8-73 39,3-36,9 G.clarum - 39,6 17,7 baixa 30,5 16,0 G.margarita - 27,0 12,0 baixa 27,0 14,3 Baixinho de Santa Amália Controle 177,6 - - - 110-106 57-55 G.clarum - 62,1 35,0 alta 29,3 15,4 G.margarita - 81,0 45,6 alta 23,9 12,7 Tainung n o 1 Controle 197,4 - - - 94-119 47-62 G.clarum - 68,3 34,6 alta 25,5 13,5 G.margarita - 79,5 40,3 alta 25,3 13,5 ( 1 ) Primeiro e segundo valores correspondem ao P aplicado e disponível no controle (não inoculado), necessários para atingir a produção equivalente à colonização por G. clarum e G. margarita, respectivamente. (Modificado de Trindade et al., 2001a). Micorrizas em Plantas Frutíferas Tropicais 67 o crescimento da planta. Posteriormente, Anjos et al. (2005) observaram que o benefício da micorrização ocorreu a partir de 30 dias após a inoculação de G. albida e de inóculo com FMAs nativos, reduzindo o tempo necessário para a produção da muda, sendo que o efeito positivo no crescimento da planta ocorreu em solo desinfestado ou não, com adição de até 16 mg dm-3 de P. Poucos experimentos são realizados em condições de campo para constatar se a eficiência da micorrização na fase de muda se mantem após transplantio para o campo. Collozi Filho & Carvalho (1993) relataram que as mudas de maracujeiro previamente micorrizadas, especialmente por G. margarita, produziram mais que as mudas não micorrizadas, no campo. Outro aspecto ainda pouco estudado é o emprego conjunto de microrganismos benéficos, rizosféricos ou endofíticos, na produção de mudas de fruteiras. A interação de bactérias promotoras do crescimento de plantas, diazotróficas ou não, e FMAs pode resultar em aumentos significativos no crescimento da planta, melhora no vigor e sanidade, garantindo maior sobrevivência da muda no campo, após o transplantio. Graça et al. (1991) observaram que a inoculação conjunta de Azospirillum brasilense e Glomus etunicatum aumentou o crescimento das mudas de maracujazeiro-amarelo, produzidas em solo desinfestado. 5. Associação Micorrízica em Bananeira O Brasil está entre os maiores produtores mundiais de banana, em fase de expansão da cultura, o que exige mudas de alta qualidade genética e fitossanitária. A bananeira é uma planta que responde à inoculação de FMAs (Declerck et al., 1994), principalmente ao G. macrocarpum, apresentando variação no grau de dependência micorrízica da variedade (Declerck et al., 1995). Além do efeito benéfico na promoção do crescimento, tem sido constatado maior tolerância da bananeira micorrizada a condições de estresse. Rufyikiri et al. (2000) concluíram que a inoculação de G. intraradices foi eficiente em diminuir os efeitos negativos da toxicidade de Al em plantas de banana, diminuindo o acúmulo de Al na parte aérea e raiz e aumentando de Ca, Mg e P, o que é de grande importância para uma planta de região tropical. Da mesma forma, a colonização de plântulas de bananeira por G. etunicatum e G. clarum aumentou sua tolerância ao estresse salino, o que pode beneficiar o cultivo desta planta na região semi-árida brasileira, onde a irrigação para produção de plantas frutíferas tem causado aumento na salinidade do solo (Yano-Melo et al., 2003). As pesquisas têm se concentrado na micorrização de mudas micropropagadas de bananeira, que passam necessariamente por um período de aclimatização, com utilização de substrato desinfestado, o que permite a introdução de FMAs que atuam como bioreguladores do crescimento das plantas, biofertilizantes e biocontroladores de organismos patogênicos, como revisado por Lovato et al. (1996). Adriana Parada Dias da Silveira Vânia Felipe Freire Gomes 68 Inúmeros fatores concorrem para a otimização do efeito da micorrização na produção de mudas micropropagadas, como o melhor momento para a inoculação do FMA e o substrato a ser utilizado, já que este modula o estabelecimento e o desempenho da associação micorrízica. Jaizme-Vega et al. (1997) observaram que a inoculação de Glomus mosseae resultou em efeito no crescimento da planta já nos primeiros estádios de desenvolvimento pós-vitro, que se tornou mais evidente na fase de endurecimento. Lins et al. (2003) constataram que a introdução de Gigaspora margarita mostrou-se benéfica em qualquer dos estádios de crescimento de plântulas micropropagadas de bananeira (estádios de enraizamento), principalmente quando empregado o substrato turfa + vermiculita + 5% de esterco, o que favoreceu, inclusive, a antecipação do início da fase de aclimatização das plântulas. Este mesmo efeito da combinação FMA - substrato foi observado por Trindade et al. (2003), que ainda concluíram que o uso de vermicomposto é promissor para a produção de muda de bananeira e que o substrato Rendmax Citrus promoveu o melhor crescimento das plantas independentemente da micorrização. A adição de 10% esterco de curral também favoreceu o crescimento e absorção de P por plântulas de bananeira colonizadas por G. clarum, a partir de 65 dias de aclimatização (Matos et al., 2002). O emprego de uma mistura de materiais orgânicos (bagaço de cana e torta de filtro de usina açucareira) e vemiculita na forma de bloco prensado, ao invés de tubetes plásticos, incrementou o crescimento e absorção de nutrientes por mudas de bananeira colonizadas por G. clarum (Leal et al., 2005). 6. Associação Micorrízica em Outras Plantas Frutíferas Tropicais O emprego de FMAs no sistema de produção possui grande potencial no estabelecimento de um cultivo racional e eficiente de mudas de boa qualidade de várias plantas frutíferas, que, na maioria, são dependentes da micorriza. Já se constatou que na ausência de colonização micorrízica, não houve resposta do abacateiro e da mangueira à adição de superfosfato, enquanto que o uso combinado do superfosfato simples (SS) e da inoculação de FMAs incrementou o crescimento inicial das mudas (Silva e Siqueira, 1991). Utilizando como substrato uma mistura de solo e vermiculita, constataram que o crescimento do abacateiro foi estimulado pelos fungos Glomus clarum, Glomus intraradices, Scutellospora heterograma e Gigaspora margarita, quando na presença de SS. As mudas de mangueira só responderam à inoculação com Gigaspora margarita e ao inóculo misto (mistura de fungos), mas também com a adição de SS. Plantas micorrizadas de mangueira superaram em crescimento as não micorrizadas em todas as doses de SS aplicadas ao substrato e foram mais eficientes em utilizar o P adicionado, necessitando apenas de 25% da quantidade de SS usada pela planta não micorrizada para produzir a mesma quantidade de biomassa (Azevedo et al., 1995). O efeito da desinfestação do substrato para obtenção de mudas micorrizadas de magueira foi avaliado por Silva et al. (1994). Em substrato desinfestado por fumigação, a maioria dos FMAs inoculados promoveu maior crescimento e precocidade das mudas, destacando-se Scutellospora heterogama, Acaulospora scrobiculata, Glomus clarum e Acaulospora sp. Já em substrato não desinfestado, os Micorrizas em Plantas Frutíferas Tropicais 69 FMAs mais eficientes foram G. clarum e Entrophospora colombiana. Utilizando um inóculo misto, composto por estas espécies fúngicas mais eficientes, Silveira et al. (1995) constataram que o maior crescimento das plantas de mangueira foi obtido com a adição de 10% de esterco de curral ao substrato, enquanto que para as plantas não micorrizadas, a resposta às doses aplicadas foi linear. A partir do terceiro mês após a repicagem das plântulas, as plantas micorrizadas já se destacavam. A goiabeira também responde à inoculação de FMAs, como constatado por Kumaran e Azizah (1995), principalmente quando colonizadas por G. clarum e Scutellospora calospora que promoveram incremento na produção de biomassa e absorção de nutrientes. Samarão e Martins (1999) também observaram resposta da goiabeira à micorrização, mesmo na dose mais alta de P aplicada ao substrato (50 mg dm-3). Utilizando como susbtrato resíduos da indústria açucareira (bagaço e torta de filtro), Schiavo e Martins (2002) concluíram que a inoculação de G. clarum promoveu o crescimento das mudas, mas apenas no sistema de blocos prensados. Apesar da produção comercial da gravioleira (Annona muricata L) ainda ser pouco expressiva, existe um grande potencial dessa cultura em relação à exportação de sucos e derivados (Pinto & Silva, 1995). O efeito da inoculação de FMAs no desenvolvimento de mudas de gravioleira foi avaliado por Chu et al. (2001). Concluíram que a gravioleira responde muito bem à inoculação de FMAs, especialmente Gigaspora margarita. Em solo fumigado, houve aumento no crescimento e absorção de nutrientes, principalmente quando se utilizou Scutellospora heterogama e Gigaspora margarita, sendo que a eficiência micorrízica variou de 594% a 1.348%. Embora o efeito da inoculação tenha sido reduzido em solo não fumigado, ainda houve um incremento no crescimento das plantas colonizadas por G. margarita, Gigaspora sp. e E. colombiana. Dentre as fruteiras de importância comercial no Nordeste, o cajueiro, (Anacardium occidentale L.) assume grande importância econômica e social. Cardoso (1994) verificou que a inoculação de Glomus macrocarpum e a adubação fosfatada não proporcionaram efeitos benéficos ao desenvolvimento das mudas do cajuzeiro– anão-precoce e nem na antecipação do tempo de enxertia. Da mesma forma, Baker (1994) avaliou os efeitos de húmus de minhoca e da inoculação de FMAs no desenvolvimento de mudas de cajueiro-anão-precoce, aos 60 dias após a inoculação, e observaram que a inoculação também não proporcionou benefício no crescimento das plantas, mas que o húmus de minhoca revelou-se uma alternativa promissora. Entretanto, Weber et al. (2004) constataram que a micorrização do cajuzeiro por FMAs nativos (mistura de G. etunicatum, G. glomerulatum, Scutellospora sp. e Acaulospora foveata) e exóticos (mistura comercial “Mycogold”) proporcionou melhor desenvolvimento das plantas, mas após 4 meses da inoculação. A mangabeira, (Hancornia speciosa Gomes), é uma fruteira tropical que vem sendo explorada apenas na forma extrativista, mas que apresenta um elevado potencial para o mercado consumidor brasileiro. A colonização tanto por Gigaspora margarita quanto Glomus etunicatum contribuiu para o desenvolvimento da planta (Costa et al., 2000). A mangabeira mostrou-se dependente da micorrização somente em níveis baixos de P no solo desinfestado e, principalmente, quando colonizada por G. albida (Costa et al., 2005). Adriana Parada Dias da Silveira Vânia Felipe Freire Gomes 72 CAVALCANTE, U.M.T.; MAIA; L.C.; NOGUEIRA; R.J.M.C.; SANTOS, V.F. Respostas fisiológicas em mudas de maracujazeiro amarelo (passiflora edulis sims. f. flavicarpa deg.) inoculadas com fungos micorrízicos arbusculares e submetidas a estresse hídrico. Acta Bot. Bras., v.15, n.3, p. 379-390, 2001. CAVALCANTE, U.M.T.; MAIA, L.C.; COSTA, C.M.C.; CAVALCANTE, A.T.; SANTOS, V.F. Efeito de fungos micorrízicos arbusculares, da adubação fosfatada e da esterilização do solo no crescimento de mudas de maracujazeiro amarelo. R. bras. Ci. Solo, v.26, p.1099-1106, 2002. CHU, E. Y. The effects of arbuscular mycorrhizal fungi inoculation on Euterpe oleracea Mart. (Açaí) seedlings. Pesq. Agropec. Bras., v.34, n.6, p.1019-1024, 1999. CHU, E.Y.; MÖLLER, M.R.F.; CARVALHO, J.G. 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Mais especificamente, é ainda dividida em ectorrizosfera e endorrizosfera, compreendendo a parte externa e os tecidos corticais respectivamente. Já a superfície entre a raiz e o solo é denominada rizoplano. Nessas regiões, os mais variados grupos microbianos podem interagir (Figura 2). Os exsudatos radiculares influenciam o crescimento de bactérias e fungos que colonizam a rizosfera pela alteração do ambiente do solo circundante, servindo como substrato para crescimento seletivo de microrganismos do solo, capazes de utilizar eficientemente determinado substrato. Por sua vez, os microrganismos influenciam a composição e a quantidade de vários componentes dos exsudatos radiculares, por meio de seus efeitos no metabolismo das células da raiz, bem como no estado nutricional das plantas. ( 1 ) Professora titular, Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” Departamento de Solos e Nutrição de Plantas. CeP 09, CEP-13418-900, Piracicaba, SP. E-mail: ejbncard@esalq.usp.br ( 2 ) Professor, Universidade Estadual de Londrina, CCB/Departamento de Microbiologia. CP 6001, CEP- 86051- 990, Londrina, PR. E-mail: nogueira@uel.br Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso Marco Antonio Nogueira 80 Figura 1. Rizosfera. Proliferação intensa de microrganismos ao redor da raiz (Ra) formando a rizosfera (Ri) (Andrade & Nogueira, 2005). Assim, a comunidade microbiana da rizosfera pode variar em estrutura e composição de espécies em função do tipo de solo, espécie de plantas, estado nutricional, idade, estresse, doenças, dentre outros fatores ambientais (Mahafee & Kloepper, 1997; Griffiths et al., 1999). As interações raiz-microrganismos podem ocorrer em níveis que variam desde associações puramente comensais, passando pelas associações protocooperativas e amensais, até as simbioses, que podem ser mutualísticas ou parasíticas. Dessa forma, várias interações ecofisiológicas ocorrem no ambiente rizosférico, e o que se observa como crescimento e produção vegetal é resultado dessas interações, favorecendo ou prejudicando a plena expressão do potencial genético da planta (Cardoso & Freitas, 1992). O reconhecimento dessas interações e o entendimento sobre como influenciam o desenvolvimento das plantas poderá permitir sua aplicação como uma ferramenta a mais a ser utilizada na sustentabilidade dos agroecossistemas, por meio do manejo do ambiente radicular. 2. Alterações Causadas pelas Raízes na Rizosfera As raízes das plantas absorvem íons da solução do solo de forma diferenciada, o que pode levar à depleção ou ao acúmulo de determinados íons na rizosfera. Além disso, também liberam H + , HCO 3 - e CO 2 , o que causa mudanças no pH. O consumo ou liberação de O 2 também levam a alterações no potencial redox (Marschner, 1995). Como conseqüência, ocorrem alterações na disponibilidade de nutrientes e na atividade microbiana. A rizosfera e seus efeitos na comunidade icrobiana e na nutrição de plantas 83 Tabela 2. Comunidade de grupos taxonômicos e funcionais na rizosfera de trigo e em solo não rizosférico, determinados pela contagem em placas (Adaptado de Bolton et al., 1992). Comunidade Rizosfera Solo não rizosférico Relação R/S log UFC/g log UFC/g Grupo taxonômico Bactérias 9,08 7,7 24 Actinomicetos 7,66 6,85 6,6 Fungos 6,08 5 12 Protozoários 3,38 3 2,4 Microalgas 3,7 4,43 0,2 Grupo funcional Amonificantes 8,7 6,6 125 Anaeróbios produtores de gás 5,59 4,48 13 Anaeróbios 7,08 6,78 2 Desnitrificadores 8,1 5 1260 Celulolíticos aeróbios 5,85 5 7 Celulolíticos anaeróbios 3,95 3,48 3 Formadores de esporos 5,97 5,76 1,6 Azotobacter <3,00 <3,00 - À medida que se distancia da superfície da raiz, há um decréscimo quantitativo e qualitativo de microrganismos (Figura 3A), formando um gradiente que depende das propriedades químicas e físicas do solo e de fatores relacionados à planta, tais como a espécie, estado nutricional (Marschner, 1995) e fase de desenvolvimento. Conforme a planta se desenvolve e atinge maior atividade fisiológica (Figura 3B), maiores quantidade e diversidade de produtos são liberadas para a rizosfera, muitos dos quais são substratos para o crescimento microbiano (Brasil-Batista, 2003). Os efeitos desse aumento da atividade microbiana na rizosfera podem ser benéficos (ex.: fixação biológica do N 2 , micorrizas, biocontrole de patógenos, produção de substâncias promotoras de crescimento, imobilização temporária de nutrientes na biomassa) ou prejudiciais (ex.: patógenos, rizobactérias deletérias, competição por nutrientes com as plantas). Assim, é necessário entender os mecanismos pelos quais os microrganismos rizosféricos influenciam as plantas, para que se possam buscar tecnologias que otimizem suas ações benéficas e reduzam as prejudiciais às plantas (Bolton et al., 1992). Os produtos depositados pelas plantas na rizosfera não constituem apenas fonte de C para o crescimento microbiano (Dakora & Phillips, 2002), mas têm várias funções (Tabela 3), como a de promover a quimiotaxia de microrganismos simbiontes, como é o caso dos flavonóides com relação às bactérias fixadoras de N 2 nas raízes de leguminosas (Hungria, 1994) e aos fungos micorrízicos (Rengel, 2002b). Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso Marco Antonio Nogueira 84 Distância da superfície da raiz (µm) 0,52,5 7,5 12,5 17,5 Microrganismos morfologicamente distintos 2 4 6 8 10 12 Número de células x 10 9 0 20 40 60 80 100 120 140 Idade da planta (dias) 0 20 40 60 80 100 120 log de UFC g -1 solo ou g de matéria seca 0 2 4 6 Actinomicetos Amilolíticos Protozoários Matéria secaGrupos morfológicos Número A B 3. Alterações Causadas por Microrganismos na Rizosfera Se por um lado a comunidade microbiana da rizosfera é influenciada pelas plantas, por outro as plantas também são influenciadas por produtos do metabolismo microbiano. São diversas as maneiras pelas quais os microrganismos afetam a rizosfera: afetam a rizogênese, morfologia e estrutura das raízes; alteram a permeabilidade das células das raízes; alteram o metabolismo radicular; estimulam ou inibem a produção de determinados exsudatos; alteram a disponibilidade de nutrientes às plantas (Rovira & Davey, 1974). Hormônios vegetais, tais como ácido indol acético (AIA), etileno e giberelinas (Lynch, 1986), são produzidos por bactérias que se estabelecem na rizosfera, onde se multiplicam e sobrevivem, obtendo vantagem competitiva sobre a pressão antagonística do restante da microbiota do solo. Essas rizobactérias podem ter efeito benéfico, nulo Sabe-se que as diminuições da nodulação em leguminosas expostas a alta disponibilidade de N e da colonização micorrízica em plantas sob alta disponibilidade de P estão relacionadas com alteração do padrão de exsudação de compostos orgânicos pelas raízes dessas plantas. Flavonóides produzidos por leguminosas induzem a transcrição dos genes nod nas bactérias fixadoras, o que desencadeia uma série de processos que levam à formação de nódulos e à fixação biológica do N 2 . Sob alta disponibilidade de N mineral no solo, há diminuição da exsudação desses indutores, o que leva à diminuição da nodulação (Hungria, 1994). No caso dos fungos micorrízicos, compostos orgânicos liberados pelas plantas na rizosfera funcionam como sinais da presença do hospedeiro para o simbionte. Essas moléculas pertencem ao mesmo grupo dos flavonóides envolvidos na sinalização para rizóbio. Nesse caso, eles atuam como indutores da germinação dos esporos ou da elongação das hifas (Tsai & Phillips, 1991). Figura 3. A) Número de grupos microbianos morfologicamente distintos e número total de células determi- nado por Microscopia Eletrônica de Transmissão em seções ultrafinas de raízes de trevo (Adaptado de Foster, 1986). B) Número de microrganismos na rizosfera e matéria seca de plantas de milho de acordo com a idade da planta (Adaptado de Brasil-Batista, 2003). A rizosfera e seus efeitos na comunidade icrobiana e na nutrição de plantas 85 Tabela 3. Atuação dos produtos liberados pelas raízes na rizosfera (Compilado de Dakora & Phillips, 2002). Composto liberado Atuação na rizosfera Fenólicos fonte de nutrientes para microrganismos sinal quimioatrativo de microrganismos promotores de crescimento microbiano indutores de genes nod em rizóbio inibidores de genes nod em rizóbio indutores de resistência contra fitoalexinas quelantes de nutrientes de baixa solubilidade detoxificantes de Al fitoalexinas contra patógenos do solo Ácidos orgânicos fonte de nutrientes para microrganismos sinal quimioatrativo de microrganismos quelantes de nutrientes de baixa solubilidade acidificantes do solo detoxificantes de Al indutores de genes nod Aminoácidos e fonte de nutrientes para microrganismos fitosideróforos quelantes de nutrientes de baixa solubilidade sinal quimioatrativo de microrganismos Vitaminas promotores de crescimento microbiano e de plantas fonte de nutrientes Purinas fonte de nutrientes para microrganismos Enzimas liberação de P a partir de formas orgânicas catalisadores da transformação da matéria orgânica no solo Células epidérmicas produtoras de sinais que controlam mitose e expressão de genes indutoras do crescimento microbiano produzem quimioatrativos sintetizam moléculas de defesa atuam como iscas que mantêm o ápice radicular livre de infecções liberam mucilagem e proteínas ou prejudicial, sendo aquelas que propiciam efeito benéfico denominadas de rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (RPCPs) (Kloepper, 1996), dentre as quais estão Pseudomonas, Serratia, Erwinia, Bacillus, Arthrobacter e Corynebacterium (Luz, 1993). Plântulas de trigo possuem em sua rizosfera mais bactérias produtoras de AIA que plantas adultas, já que as adultas não mais necessitam de maiores quantidades desse hormônio para seu desenvolvimento. Com esse exemplo, sugere-se que as interações de plantas e microrganismos são reguladas por feedback positivo e negativo, de acordo com a necessidade de ambos (Andrade, 1999). Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso Marco Antonio Nogueira 88 O estímulo dos exsudatos à colonização micorrízica pode ocorrer porque esses podem complexar produtos potencialmente inibidores, como o excesso de Mn e Zn (Hepper & Smith, 1976), podem degradar auto-inibidores produzidos pelos próprios FMAs (Watrud et al., 1978), ou ainda pela produção de fitohormônios, aminoácidos, vitaminas, etc. (Reid, 1992). Há relatos que certos isolados de Bacillus estimulam a colonização radicular pelos FMA (Aboul-Nasr, 1996), fato que pode alterar a eficiência da simbiose micorrízica. A presença de isolados de Pseudomonas, inibidora de fungos patogênicos, estimulou o crescimento de hifas de fungos micorrízicos (Vidal et al., 1996). 5. Rizodeposições e a Disponibilidade de Nutrientes A disponibilidade e a mobilidade de íons metálicos no solo são diferentes das encontradas na região rizosférica. Isso ocorre porque na rizosfera os metais são complexados por agentes quelantes de origem vegetal (Tabela 3), o que aumenta sua solubilidade e mobilidade (Merckx et al., 1986). A deposição pelas raízes de diferentes moléculas na rizosfera é dependente do estado nutricional das plantas. Por exemplo, algumas espécies produzem ânions de ácidos orgânicos em resposta às deficiências de P e Fe, enquanto outras produzem fitossideróforos quando Fe e Zn são limitantes (Jones & Darrah, 1994). Um exemplo interessante é o caso da liberação de uma fitoalexina isoflavonóide pelas raízes de plantas de alfafa sob deficiência de Fe, a qual dissolve fosfatos de ferro, tornando Fe e P disponíveis às plantas. Já os exsudatos das plantas cultivadas sem suficiência de Fe não apresentavam essa capacidade de dissolução (Masaoka et al., 1993). Plantas de tomate deficientes em Fe também exsudam ácido caféico para solubilizar Fe de fontes insolúveis (Olsen et al., 1981). O mecanismo de ação desses fenólicos sobre a solubilização de P e Fe é que formam quelatos relativamente estáveis com os metais presentes nos fosfatos de Fe e Al, e, conseqüentemente, aumentam a disponibilidade de P e Fe para as plantas (Dakora & Phillips, 2002). Além disso, também ocorre solubilização de P por mudanças no pH, por deslocamento de P dos sítios de adsorção, e pela quelação de íons metálicos potencialmente reativos com fosfatos (Kirk, 2002). Plantas sob deficiência de fósforo também podem ter aumento da liberação de intermediários do Ciclo de Krebs para a rizosfera, como os ácidos cítrico e málico. Outros ácidos orgânicos (Tabela 1) também desempenham importante papel na mobilização de P, Fe e Mn. Por exemplo, plantas de alfafa sob deficiência de P tiveram aumento na exsudação de citrato da ordem de 82% (Lipton et al., 1987). Há diferenças entre espécies de plantas quanto à exsudação em resposta à deficiência de nutrientes. Por exemplo, o grão-de-bico produziu 11 e 24 vezes mais exsudatos que o feijão guandu e soja, respectivamente, enquanto que o amendoim produziu 8 e 17 vezes mais que essas espécies (Ohwaki & Hirata, 1992). Em solos ácidos, o P é indisponibilizado por ser complexado, geralmente, por hidróxidos de Fe e Al, enquanto que em solos alcalinos esses complexos ocorrem com Ca (Clarkson, 1985). Entretanto, o feijão guandu é eficiente em obter P nessas condições, possivelmente por intermédio do ácido piscídico, um forte quelante de Fe, permitindo a mobilização do fosfato (Ae et al., 1990). Lynch & Beebe (1995) observaram que variedades de feijoeiro mais adaptadas às condições de acidez do solo também liberavam mais H + e ácidos orgânicos, o que aumentava a disponibilidade de P no A rizosfera e seus efeitos na comunidade icrobiana e na nutrição de plantas 89 solo circunvizinho. Conforme Kirk (2002), a quelação por citrato é o mecanismo mais importante de mobilização de formas insolúveis de P, especialmente em solos altamente intemperizados, ricos em óxidos metálicos. Deficiências de Fe e de Zn induzem a síntese de fitossideróforos no citoplasma, seguido por um aumento de sua liberação na rizosfera através da membrana plasmática. Na rizosfera os fitossideróforos formam complexos com formas férricas insolúveis, sendo inteiramente transportados para o citoplasma via transportadores específicos na membrana (Römheld, 1991). Sideróforos microbianos também são capazes de solubilizar compostos férricos na rizosfera, embora sejam menos absorvidos pelas plantas (Jurkevitch et al., 1986). Diferenças genotípicas determinam se uma determinada variedade é mais ou menos sensível à deficiência de Fe frente à quantidade de fitossideróforos que produz (Römheld & Marschner, 1990). Entretanto, essas moléculas orgânicas podem ser rapidamente degradadas pela ação microbiana na rizosfera. Interessantemente, a planta dispõe de mecanismos que visam suplantar esse aparente problema. Wirén et al. (1993) verificaram que no ápice das raízes de milho em crescimento o número de microrganismos rizosféricos é menor, o que pode ser parcialmente atribuído a antibióticos liberados nessa zona (Gochnauer et al., 1990). Por outro lado, os fitossideróforos são liberados principalmente na região apical (Marschner et al., 1987). Essa separação espacial entre microrganismos e local de liberação dos fitossideróforos ao longo das raízes seria uma importante estratégia para retardar a degradação microbiana de fitossideróforos, de modo que essas moléculas possam permanecer por mais tempo hábeis a complexar íons Fe. Além do mais, os quelantes complexados com metais parecem ser menos susceptíveis à degradação microbiana que os quelantes livres (Boudot et al., 1989). Outra maneira pela qual as plantas obtêm nutrientes da região rizosférica é pela produção de enzimas extracelulares. No caso do fósforo, as formas orgânicas no solo estão contidas na biomassa microbiana e como fosfatos de inositol e fitatos (Clarkson, 1985). A baixa concentração de P nas raízes decorrente de sua deficiência induz a síntese de fosfatases ácidas intra e extracelulares (Duff et al., 1994), seguido por aumento da liberação de fosfatases extracelulares nos exsudatos radiculares. Além destas, fosfatases ácidas e alcalinas de origem fúngica e fosfatases alcalinas de origem bacteriana disponibilizam P inorgânico (Duff et al., 1994) pela hidrólise de fosfatos orgânicos monoésteres, que constitui de 30 a 80% do P total nos solos agrícolas (Gilbert et al., 1999). A importância da atividade dessas enzimas na disponibilidade de P às plantas foi evidenciada no trabalho de Tadano & Sakai (1991), em que plantas de tremoço sob deficiência de P exsudaram cerca de 20 vezes mais fosfatase ácida de suas raízes em comparação com as de plantas cultivadas em níveis adequados de P. O ácido fítico constitui uma forma de P orgânico no solo que pode ser mineralizado pela ação de fitases (Duff et al., 1994). Li et al. (1997) observaram em diversas espécies de plantas que quanto maior o estresse causado pela deficiência de P maior era a liberação de fitases na rizosfera dessas plantas. Entretanto, Sinclair & Vadez (2002) questionam se as plantas realmente têm capacidade competitiva pelas formas orgânicas de P com os microrganismos da rizosfera. Segundo esses autores, um possível papel das fosfatases seria recuperar o P perdido na forma orgânica pelas rizodeposições. Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso Marco Antonio Nogueira 90 Além do papel na aquisição de nutrientes pelas plantas, os exsudatos radiculares também podem ter potencial na fitorremediação e na tolerância a metais. Algumas espécies de plantas podem acumular metais pesados nas raízes e posteriormente eliminá-los na forma de exsudatos voláteis (De Souza et al., 1999), reduzindo sua concentração na rizosfera. Genótipos de plantas tolerantes ao excesso de Al exsudam ânions de ácidos orgânicos como mecanismo de proteção, como é o caso da exsudação de malato pelas raízes de trigo (Basu et al., 1994) e citrato pelas raízes de milho (Pellet et al., 1995), por complexar o excesso de Al. Essa exsudação dá-se principalmente na porção distal das raízes, já que as células novas nas pontas das raízes precisam ser protegidas do excesso de Al por um período relativamente curto, apenas o suficiente para que se tornem maturas e menos sensíveis ao Al (Basu et al., 1994). A manipulação genética de plantas é uma ferramenta que pode ser utilizada para conferir às plantas capacidade de adaptação a ambientes adversos ou aumento da eficiência das associações microbianas na rizosfera por meio da alteração dos exsudatos radiculares. Por exemplo, o aumento da atividade da citrato sintase visando ao aumento da biossíntese e exsudação de citrato pode aumentar a tolerância ao excesso de Al e deficiência de P, uma vez que o citrato é eficiente não apenas em tornar indisponível o Al tóxico por quelação, mas também na solubilização de complexos insolúveis de P. A exsudação eficiente de substâncias orgânicas de interesse na rizosfera é dependente de três fatores: 1) seqüência de sinais bioquímicos que desencadeiem a síntese e exsudação da substância de interesse sob situações de estresse; 2) maquinaria bioquímica eficiente para a produção de quantidades relativamente elevadas dos compostos de interesse nas células das raízes; 3) transportadores de membrana que possibilitem a transferência dos compostos orgânicos dos seus sítios de produção para a rizosfera (Rengel, 2002a). A simples combinação desses três fatores numa mesma planta não necessariamente significa sucesso. O ideal é que esse mecanismo não seja expresso constitutivamente na planta, com dispêndio de quantidades significativas do C fixado, mas sim induzido sob condição de estresse, ou seja, toxicidade de Al ou deficiência de P. Assim, a planta também poderia utilizar mais eficientemente o C fixado, revertendo-o em produtividade. 6. pH na Rizosfera e Disponibilidade de Nutrientes O fator mais importante referente à alteração do pH na rizosfera é o desbalanço na proporção entre cátions e ânions absorvidos pelas raízes e a correspondente extrusão de H + e HCO 3 - (ou OH - ), visando manter neutro o balanço de cargas (Marschner, 1995; Hinsinger et al., 2003). Se mais ânions são absorvidos em relação a cátions, maior será a extrusão de ânions HCO 3 - na rizosfera, resultando em aumento do pH. De modo contrário, se houver predominância de absorção de cátions, haverá maior extrusão de H + e conseqüente acidificação (Dakora & Phillips, 2002). A liberação de ácidos orgânicos na rizosfera (Tabela 1) também causa redução do pH, o que promove a solubilização de fosfatos (Jones & Darrah, 1994) e micronutrientes metálicos, os quais têm sua solubilidade aumentada à medida que o