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Universidade de São PauloCentro de Energia Nuclear na Agricultura
Diversidade de Fungos Diversidade de Fungos MicorrMicorríízicos e da Microbiota:zicos e da Microbiota:
Importância na Agricultura
Camila Maistro Patreze & Siu Mui Tsaicpatreze@cena.usp.br
Campinas - SP
Considerações Iniciais
Produtividade e Sustentabilidade Agrícola
A Microbiota e Qualidade do Solo
Considerações Finais
Considerações Iniciais:
Questões CruciaisQuestões Cruciais
SerSeráá posspossíível atingirmos a demanda projetada vel atingirmos a demanda projetada para alimento, energia, rapara alimento, energia, raçção, fibra para 8 ão, fibra para 8 bilhões de pessoas em 2020, certamente com bilhões de pessoas em 2020, certamente com requerimentos mais elevados que agora?requerimentos mais elevados que agora?
SerSeráá posspossíível atingirmos essa demanda e, ao vel atingirmos essa demanda e, ao mesmo tempo, conservando a qualidade mesmo tempo, conservando a qualidade ambiental e os recursos naturais para as ambiental e os recursos naturais para as futuras gerafuturas geraçções?ões?
Considerações Iniciais:
Ano
3
2
1
0
380
370
360
350
340
330
320
3101966 80 85 90 95 00
kg c
apita-
1
Pro
dução
(bilh
ões t m
étricas)
05
Produção agrícola: escala crescente
Produção per capita: escala decrescente
Taxas anuais de produtividade agrícola
e de cereais (MONOCULTURA)
Ano
8
6
4
2
01960... 1985 1995 20051975
(%)(%)
Produtividade agrProdutividade agríícolacola
Produtividade cereaisProdutividade cereais
Cassman K.G. Nutrient Management for Global Food Security and EnCassman K.G. Nutrient Management for Global Food Security and Environmental Protection. vironmental Protection. 18th WCSS, Philadelphia 18th WCSS, Philadelphia –– Julho 2006Julho 2006
Brasil e Expansão Agrícola
Amazônia Amazônia
Cerrado Cerrado
PantanalPantanal
Mata AtlânticaMata Atlântica
Biomas Brasileiros : Necessidade de ConservaBiomas Brasileiros : Necessidade de Conservaççãoão
Considerações Iniciais:
19951970 1980 1990198519751965 2000 2005ANO
REN
DIM
ENTO
GR
ÃO
S ( t
ha-1
)
5
4
2
1
0
Expansão da área agrícola,fixação biológica de nitrogênio
Conservação do Solo:Plantio Direto (Sistemas Simbióticos: FBN e Micorrizas)
Irrigação + Biotecnologia
Melhoramento Doenças e Pragas
3 MelhoramentoCerrado e Trópicos
O exemplo da soja no BrasilO exemplo da soja no Brasil
Balanço de fertilizantes, calagem, gesso
??
CURVA DA PRODUCURVA DA PRODUÇÇÃO DE UMA CULTURAÃO DE UMA CULTURA
Fertilidade do Solo (Insumos)
Produtivi
dad
e
BENEFBENEFÍÍCIOS DA REVOLUCIOS DA REVOLUÇÇÃO VERDEÃO VERDE
SSééculo 21culo 21
SSééculo 20culo 20
Variedades melhoradas
requerem alta fertilidade do
solo
Elevada fertilidadeElevada fertilidadeGenótipos tradicionais
acamam
Baixa fertilidadeBaixa fertilidadeNão há ganhos em
produtividade
Fertilidade do Solo (Insumos)
Produtivi
dad
e
J. Lynch J. Lynch –– Penn State UniversityPenn State University
Melhoramento GenMelhoramento Genéético: Tolerância a Estresses Ambientais tico: Tolerância a Estresses Ambientais e Eficiência no Uso de Nutrientes e Eficiência no Uso de Nutrientes
Cultivar convencionalCultivar convencional GenGenóótipo tolerante a baixo Ptipo tolerante a baixo P
Cinco linhagens para uso eficiente de fCinco linhagens para uso eficiente de fóósforo e 10 a serem liberadassforo e 10 a serem liberadas
PRCPRC-- EUAEUA
J. Lynch J. Lynch –– Penn State UniversityPenn State University
Biodiversidade e Qualidade do SoloBiodiversidade e Qualidade do Solo
A biodiversidade analisa o comportamento das espécies nos seus habitats naturais e perturbados e, a partir desses estudos, permite a aplicação de novas estratégias para o manejo de espécies para a sua sobrevivência e conservação
Considera a variação fenotípica dentro de gruposgruposfuncionaisfuncionais em resposta às mudanças ambientais
Microrganismos do solo têm função importante para a manutenção da biodiversidade e da qualidade de um solo
PAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURAPAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURA
FormaFormaççãoão
DecomposiDecomposiççãoão
Estrutura Estrutura (Solo)(Solo)
InsumosInsumos
ExportaExportaççãoão
Ciclos Ciclos BiogeoquBiogeoquíímicosmicos
ProduProduççãoãoDiversidadeDiversidade
Planta
Biota do SoloBiota do Solo
BactBactéériasrias FungosFungos
EstruturaEstrutura
ComunidadesPapel FuncionalPapel Funcional
Comunidades
COMPOSICOMPOSIÇÇÃO DE UM AGREGADO DE SOLOÃO DE UM AGREGADO DE SOLO
MacroagregadosMacroagregados
>250 >250 µµmm
MicroagregadosMicroagregados
5353--250 250 µµmm
FungosFungos
BactBactéériasriasMatMatééria Orgânicaria Orgânica
ParticuladaParticulada
Melhoramento do Sistema Radicular : MicorrizasMelhoramento do Sistema Radicular : Micorrizas
Raiz
d.d. Micélios externos
e.e. Esporos grandes
f.f. Hifas extraradiculares
a.a. Vesiculas e arbúsculos
b.b. Arbúsculos
c.c. Micélio extraradicular
Raven Raven et al.et al., 2001, 2001
DIVERSIDADE DE ESPOROS EM UMA DIVERSIDADE DE ESPOROS EM UMA AMOSTRA DE SOLOAMOSTRA DE SOLO
Importância dos Fungos MicorrImportância dos Fungos Micorríízicos zicos
Tolerância a estresses ambientais
Controle biológico contra patógenos
Incrementos : 5 % a 290 % na produção agrícola
Benefícios para o crescimento ou produção de mudas: 50 % a 8.000 %
SIQUEIRA et al. (2002)
Diversidade dos Fungos MicorrDiversidade dos Fungos Micorríízicoszicos
Fungos EctomicorrFungos Ectomicorríízicos zicos (EM) (EM)
Hifas fHifas fúúngicas formam um invngicas formam um invóólucro ao redor das clucro ao redor das céélulas vivas das lulas vivas das raraíízes (mas não as penetram) zes (mas não as penetram) aumento significante na aumento significante na áárea de rea de absorabsorççãoão
Diversidade dos Fungos MicorrDiversidade dos Fungos Micorríízicos zicos
MANTO (conjunto de hifas sobre a raiz) MANTO (conjunto de hifas sobre a raiz)
++
REDE DE HARTIG (hifas entre as cREDE DE HARTIG (hifas entre as céélulas da raiz)lulas da raiz)
Cerca de 5.000 espCerca de 5.000 espéécies de fungos EM, geralmente com alto grau de cies de fungos EM, geralmente com alto grau de especificidade (Basidiomicetos e Ascomicetos)especificidade (Basidiomicetos e Ascomicetos)
Diversidade dos Fungos MicorrDiversidade dos Fungos Micorríízicos zicos
Fungos EndomicorrFungos Endomicorríízicos ou Micorrzicos ou Micorríízicozico--Arbusculares (MA)Arbusculares (MA)
Zigomicetos (ordem Glomales) Zigomicetos (ordem Glomales) menos de 200 espmenos de 200 espéécies envolvidas em cies envolvidas em associaassociaçções amplamente distribuões amplamente distribuíídas (baixa especificidade fungodas (baixa especificidade fungo--planta)planta)
INOCULAINOCULAÇÇÃO DE FUNGO MA EM ALFAFAÃO DE FUNGO MA EM ALFAFA
Tsai e Phillips (1991)Tsai e Phillips (1991)
Sem FMA com fSem FMA com fóósforosforo
PI= 100 ppmPI= 100 ppm
PII= 200 ppm PII= 200 ppm
Inoculada com FMA sem fInoculada com FMA sem fóósforosforo
Glomus macrocarpumGlomus macrocarpum
Po= sem fPo= sem fóósforosforo
(S)= superf(S)= superfííciecie
(D)= 10 cm(D)= 10 cm
FMA = Fungo micorrFMA = Fungo micorríízico arbzico arbúúsculosculo--vesicularvesicular
Consórcio Milho x Feijoeiro
solo agrsolo agríícolacola solo esterilizadosolo esterilizado
Tsai et al. (1993)Tsai et al. (1993)
Uso de inoculante em leguminosa (alfafa): Fixação Biológica de NN22
ASSOCIAASSOCIAÇÇÕES BENÕES BENÉÉFICAS: BACTFICAS: BACTÉÉRIASRIAS
> 200 kg N ha> 200 kg N ha--11 anoano
Uso de inoculante em leguminosa (soja): Fixação Biológica de NN22
Bradyrhizobium elkaniiBradyrhizobium elkanii
Soja nodulante e não nodulanteSoja nodulante e não nodulanteContribuiContribuiçção de 80 a 120 kg N haão de 80 a 120 kg N ha--11
Bradyrhizobium elkaniiBradyrhizobium elkaniisuplementa nitrogênio ao solosuplementa nitrogênio ao solo
Uso de inoculante em gramínea: FBN
BACTBACTÉÉRIASRIAS
ENDOFENDOFÍÍTICASTICAS
PAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURAPAPEL DA MICROBIOTA NA AGRICULTURA
FormaFormaççãoão
DecomposiDecomposiççãoão
Estrutura Estrutura (Solo)(Solo)
InsumosInsumos
ExportaExportaççãoão
Ciclos Ciclos BiogeoquBiogeoquíímicosmicos
ProduProduççãoãoDiversidadeDiversidade
Planta
Biota do SoloBiota do Solo
BactBactéériasrias FungosFungos
EstruturaEstrutura
ComunidadesPapel FuncionalPapel Funcional
Comunidades
Tscherko et al. (2004)
µµ g
g N
gN
g-- 11
/ n
mo
l FA
g/
nm
ol
FA
g-- 11
InicialInicial
PioneiraPioneira
TransiTransiççãoão
EstabilizadaEstabilizada
RizosferaRizosfera Solo TotalSolo Total RizosferaRizosfera Solo TotalSolo Total
EFEITO DA RIZOSFERA NA MICROBIOTAEFEITO DA RIZOSFERA NA MICROBIOTA
Biomassa Microbiana Biomassa Microbiana
NHRNHR--NN(Ninhydrin(Ninhydrin--reactive nitrogen)reactive nitrogen)
totPLFAtotPLFA(Phospholipids)(Phospholipids)
ASPECTOS FASPECTOS FÍÍSICOS DO SOLO: AGREGADOSSICOS DO SOLO: AGREGADOS
Six J., Kong A., De Gryze S. 2002. Interactions between soil structure and biota control for ecosystem functioning. 18th WCSS, Philadelphia-EUA, julho 2006
MacroagregadosMacroagregados
>250 >250 µµmm
MicroagregadosMicroagregados
5353--250 250 µµmm
FungosFungos
BactBactéériasrias
MatMatééria Orgânicaria Orgânica
ParticuladaParticulada
A MICROBIOTA EM AGREGADOSA MICROBIOTA EM AGREGADOS
Carbono MicrobianoCarbono Microbiano
PlantioPlantio
ConvencionalConvencional
Plantio Plantio
DiretoDireto
FRAFRAÇÇÕES DO SOLOÕES DO SOLO
C (
AM
INO
AC
(A
MIN
OA
ÇÚ
ÇÚ
CA
RES
) (m
g k
gC
AR
ES
) (m
g k
g-- 11
solo
)so
lo)
glucosamine (Glc),glucosamine (Glc), galactosamine (Gal),e muramic acid (MurA) galactosamine (Gal),e muramic acid (MurA)
(Fungo 63% ; Bact(Fungo 63% ; Bactééria 37%)ria 37%)
ASPECTOS QUASPECTOS QUÍÍMICOS DO SOLO: MATMICOS DO SOLO: MATÉÉRIA ORGÂNICA RIA ORGÂNICA
MacroagregadosMacroagregados
>250 >250 µµmm
MicroagregadosMicroagregados
5353--250 250 µµmm
FungosFungos
BactBactéériasrias
Matéria Orgânica
Particulada
Six J., Kong A., De Gryze S. 2002. Interactions between soil structure and biota control for ecosystem functioning. 18th WCSS, Philadelphia-EUA, julho 2006
A MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICOA MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICO
Hifas de fungos estão na superfície de uma partícula de C-pirogênico
FluorescênciaFluorescência
Imagem por microscopia Fluorescência demonstra a presença de microrganismos vivos e que podem ser habitat de microrganismos.Grossman J.M., O’Neill B.E., Gomes J. E, Tsai, S.M, Lehmann, J., Liang B., Thies J.E. (2006)
A MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICOA MICROBIOTA EM CARVÃO PIROGÊNICO
Corante verde indica presença de organismos vivos
ConfocalConfocal
Grossman J.M., O’Neill B.E., Gomes J. E, Tsai, S.M, Lehmann, J., Liang B., Thies J.E. (2006)
Imagem por microrganismos vivos e qumicrorganismos
microscopia confocal demonstra a presença de e podem ser habitat de
.
Biodiversidade e DoenBiodiversidade e Doenççasas
Atividades antropogênicas têm sido crescentes
Entre 1750 e 2000, houve aumentos de:
CO2 - 30%, CH4 - 145%, N2O - 15%
NNúúmero de lesões mero de lesões apapóós 30 ciclos de infecs 30 ciclos de infecççãoão PatPatóógenogeno
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
5
0 5 10 15 20 25
Após 30 ciclos vegetativos ou 3 ciclos sexuadas de genes – aumento de lesões
Recombinação sexuada pode quebrar mais facilmente combinações favoráveis de genes
Elevado (700 ppm)Ambiente (350 ppm)
Aparecimento de novas Aparecimento de novas raraçças de patas de patóógenos genos mais rapidamentemais rapidamente??
Microclimas mais favo-ráveis às doenças
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
Efeito Estufa [COEfeito Estufa [CO22]] Previsão de 2x Previsão de 2x >[>[COCO22]] atatéé 21002100
Aumento da germi-nação do patógeno sob CO2 elevado
Maior área de tecidos foliares
++
++
GerminaGerminaçção do Patão do Patóógenogeno
ESTRESSE AMBIENTAL E DESEQUILÍBRIO
XylellaXylella fastidiosafastidiosa e CVCe CVC
Bactéria
Vetor
AmbienteAmbiente
Planta
Hospedeiros Hospedeiros alternativosalternativos
RISCO RISCO
Riscos biológicos e ecológicos advindos pela introdução de plantas exóticas em
monocultura (Redak et al., 2004)
Riscos biolRiscos biolóógicos e ecolgicos e ecolóógicos advindos gicos advindos pela introdupela introduçção de plantas exão de plantas exóóticas em ticas em
monocultura (Redak monocultura (Redak et alet al., 2004)., 2004)
Qualidade do Solo e ProduQualidade do Solo e Produçção de Alimentos: ão de Alimentos: Novos Desafios na Biologia e Microbiologia do Solo Novos Desafios na Biologia e Microbiologia do Solo
Sistema radicular, área foliar e arquitetura da planta
MaximizaMaximizaçção do potencial ão do potencial biolbiolóógico dos microrganismosgico dos microrganismos
Tolerância a fatores do solo
(<P, >Al, <pH, >salinidade)
Tolerância a fatores de estresses ambientais (temperatura, seca)
Novos parâmetros de seleção
Melhoria da eficiência no uso de nutrientes e nutrição balanceada na cultura
Manejo integrado da cultura:Manejo integrado da cultura:Uso de fontes alternativas de Uso de fontes alternativas de nutrientes incluindo sistemas nutrientes incluindo sistemas biolbiolóógicosgicos
Aproveitamento de biomassas e Aproveitamento de biomassas e resresííduos vegetais: duos vegetais: Reciclagem dos nutrientes Reciclagem dos nutrientes exportados e produexportados e produçção de energia ão de energia renovrenováávelvel
ReduReduçção dos atuais impactos ão dos atuais impactos ambientaisambientais
Considerações Iniciais: Conservação e Sustentabilidade
BENEFBENEFÍÍCIOS DA REVOLUCIOS DA REVOLUÇÇÃO VERDEÃO VERDE
SSééculo 21culo 21
SSééculo 20culo 20
Variedades melhoradas
requerem alta fertilidade do
solo
Elevada fertilidadeElevada fertilidadeGenótipos tradicionais
acamam
Baixa fertilidadeBaixa fertilidadeNão há ganhos em
produtividade
Fertilidade do Solo (Insumos)
Produtivi
dad
e
Universidade de São PauloCentro de Energia Nuclear na Agricultura
Muito Obrigada!Muito Obrigada!
Piracicaba - SP
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