7981055 Livro Microbiota Do Solo e Qualidade Ambiental

Governo do Estado de So Paulo Secretaria de Agricultura e Abastecimento Agncia Paulista de Tecnologia dos Agronegcios Instituto Agronmico

Microbiota do Solo e Qualidade Ambiental

EditorasAdriana Parada Dias da SILVEIRA SILVEIRA Sueli dos Santos FREITAS FREITAS

Instituto Agronmico Campinas (SP), 2007

Ficha elaborada pelo Ncleo de Informao e Documentao do Instituto Agronmico

M415 Microbiota do solo e qualidade ambiental/editoras Adriana Parada Dias da Silveira; Sueli dos Santos Freitas. Campinas: Instituto Agronmico, 2007. 312 p.: il. ISBN: 978-85-85564-14-8 Publicao online 1. Microbiota do Solo 2. Qualidade Ambiental. I. Silveira, Adriana Parada Dias da II. Freitas, Sueli dos Santos III. Campinas. Instituto Agronmico IV. Ttulo CDD 631.4

A eventual citao de produtos e marcas comerciais no expressa, necessariamente, recomendaes do seu uso pela Instituio. permitida a reproduo, desde que citada a fonte.Comit Editorial do Instituto Agronmico Oliveiro Guerreiro Filho Ricardo Marques Coellho Ceclia Alzira Ferreira Pinto Maglio Equipe participante desta publicao Coordenao da editorao: Marilza Ribeiro Alves de Souza Reviso de vernculo: Maria Angela Manzi da Silva Projeto grfico: Adriano Reducino Editorao eletrnica e criao da capa: Adriano Reducino

O contedo do texto de inteira responsabilidade dos autores.Instituto Agronmico Centro de Comunicao e Transferncia do Conhecimento Caixa Postal 28 13012-970 Campinas (SP) - Brasil Fone: (19) 3231-5422 (PABX) Fax: (19) 3231-4943 www.iac.sp.gov .iac.sp.gov.br www.iac.sp.gov.br

Apresentao

Falar da relevncia da biota do solo para o ecossistema redundncia. As funes da biota envolvem desde a preservao de gua at o seqestro de substncias txicas, com reflexos para o ambiente, as culturas, os negcios, enfim, para a sociedade. A relao entre a microbiota e a qualidade ambiental extremamente estreita, com especial ateno para as contaminaes de diversas origens, dentre elas as causadas por metais pesados. Utilizar a Microbiologia como ferramenta para avaliar a qualidade de solo fundamental no caminho da sustentabilidade ambiental agrcola. H muito, estudos vm sendo desenvolvidos por renomados pesquisadores de diversas instituies de pesquisa, na reunio de excelncias e competncias nesse sentido. Esta obra, que se consuma pelo esforo de discpulos 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 traro grandes contribuies a estudiosos e profissionais da rea de solos. As pesquisadoras do Instituto Agronmico (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 informaes aos demais elos que compem a cadeia do agronegcio. Com essa obra, a transferncia de tecnologia ganha reforo por disponibilizar na internet contedo da maior relevncia, na rea essencial que envolve os principais tpicos da Microbiologia do solo. Diante das necessidades de poupar recursos naturais, reduzir custos econmicos e minimizar impactos ambientais, informaes que abordem solues para amenizar as fontes finitas usadas na agricultura so indispensveis. Que esse e-book seja um estmulo para profissionais de outras reas de conhecimentos debruarem-se em torno das demandas do agronegcio no apenas para gerar informaes, mas sobretudo para torn-las acessveis aos que delas precisam para trabalhar. Pioneiro em pesquisas com solos, o IAC sente-se honrado em participar dessa obra que se destaca pela excelncia do contedo e por democratizar o saber. No ano em completa seu 120 aniversrio, o IAC segue se modernizando, apoiando a chegada da cincia aos usurios e parabenizando a todos que contriburam para a concretizao do e-book Microbiota do Solo e Qualidade Ambiental.

Orlando Melo de Castro Diretor-Geral do Instituto Agronmico

Prefcio

Os microrganismos tm sido cada vez mais associados qualidade ambiental, tanto por seu papel fundamental na manuteno dos ecossistemas como por sua sensibilidade a variaes nos muitos fatores que compem os ambientes. Por isso as editoras orgulham-se em trazer a lume este livro, composto por temas dedicados correlao da microbiota com a qualidade dos sistemas que habita. Em que pese sua importncia, ainda h necessidade de textos em lngua portuguesa que tornem o assunto acessvel a estudantes e profissionais da rea. Dentro dessa proposta - e em consonncia com os novos tempos da comunicao - est publicado inteiramente por meio eletrnico, totalmente disponvel ao pblico interessado. Para isso, contamos com o incondicional apoio do Instituto Agronmico, 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 fundao: uma instituio mais que centenria que abraa diariamente a modernidade, com o alvo principal centrado na qualidade agrcola e ambiental! Talvez no 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 perodo a Professora Elke criou escola em Microbiologia Agrcola, formando inmeros profissionais que a ela devem os primeiros passos no mundo da Cincia. a ela que queremos homenagear dedicando este livro.

Adriana Parada Dias da Silveira (IAC) Sueli dos Santos Freitas (IAC)

Sumrio

pgina

Parte I Aspectos BiotecnolgicosCaptulo 1Rizobactrias Promotoras do Crescimento de Plantas Sueli dos Santos Freitas ............................................................................... 1

Captulo 2A Microbiota do Solo na Agricultura Orgnica e no Manejo das Culturas Faustino Andreola e Silvana Aparecida Pavan Fernandes .............................. 21

Captulo 3Tropicais: Cana-de deMicorrizas Arbusculares em Plantas Tropicais: Caf, Mandioca e Cana-de-A car Arnaldo Colozzi Filho e Marco Antonio Nogueira ........................................ 39

Captulo 4Frutferas Tropicais Micorrizas Arbusculares em Plantas Frutferas Tropicais Adriana Parada Dias Da Silveira e Vnia Felipe Freire Gomes ....................... 57

Captulo 5A Rizosfera e seus Efeitos na Comunidade Microbiana e na Nutrio de Plantas Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso e Marco Antonio Nogueira .................. 79

Captulo 6Bactrias Diazotrficas Associadas a Plantas No-Leguminosas Valria Marino Rodrigues Sala, Adriana Parada Dias da Silveira e Elke Jurandy Bran Nogueira Cardoso .......................................................... 97

Parte II Contribuio dos Mtodos Moleculares aos Estudos da Microbiota do SoloCaptulo 7Biologia Molecular do Desenvolvimento de Micorrizas Arbusculares Marcio Rodrigues Lambais ......................................................................... 117

Captulo 8Taxonomia Emprego de Tcnicas Moleculares na Taxonomia e em Estudos Sobre Ecologia e Diversidade de Fungos Micorrzicos Arbusculares Milene Moreira da Silva e Arnaldo Colozzi Filho .......................................... 127

Captulo 9Biologia Molecular da Fixao Biolgica do Nitrognio Lucia Vieira Hoffmann ................................................................................ 153

Captulo 10Taxonomia Diversidade e Taxonomia de Rizbio Rosana Faria Vieira .................................................................................... 165

Parte III Atuao da Microbiota do Solo em Situaes de EstresseCaptulo 11Quantificao Microbiana da Qualidade do Solo Rogrio Melloni ......................................................................................... 193

Captulo 12Pesados Micorrizas Arbusculares e Metais Pesados Marco Antonio Nogueira ............................................................................ 219

Captulo 13Interaes Microbianas e Controle de Fitopatgenos na Rizosfera Jlio Alves Cardoso Filho e Marli Teixeira de Almeida Minhoni ..................... 239

Captulo 14Poluio Microbiota do Solo como Indicadora da Poluio do Solo e do Ambiente Paulo Fortes Neto, Silvana Aparecida Pavan Fernandes e Marcelo Cabral Jahnel ............................................................................ 259

Captulo 15Uso de Resduos na Agricultura e Qualidade Ambiental Wanderley Jos de Melo ............................................................................ 275

Parte IV Qualidade Da guaCaptulo 16Padres Indicadores Microbiolgicos e Padres de Qualidade da gua Suely Martinelli .......................................................................................... 299

Rizobactrias promotoras do crescimento de plantas

Captulo 1Rizobactrias Promotoras do Crescimento de PlantasSueli dos Santos FREITAS ( ) FREITAS1

1. IntroduoAs rizobactrias promotoras do crescimento de plantas (RPCPs) constituem um grupo muito amplo de microrganismos, uma vez que sob essa designao incluem-se quaisquer bactrias que vivam na rizosfera e afetem beneficamente o crescimento de uma ou mais espcies vegetais. Convencionalmente, entretanto, no tm sido a includos os rizbios enquanto fixadores de nitrognio, atividade que, embora benfica ao desenvolvimento vegetal, resulta de uma relao simbitica com as leguminosas, interao que no considerada para as RPCPs. J houve sugestes de alterao na denominao dada, de forma genrica, a essas bactrias, alterando-a para BPCP (Bashan & Holguin, 1998), pela substituio do termo rizobactrias por bactrias. Isso poderia facilitar a nomenclatura, mas nem sempre mudanas so aceitas prontamente pela comunidade cientfica. Embora a expresso plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) tenha sido proposta por Kloepper & Schroth (1978), o interesse dos pesquisadores ocidentais pelas inmeras formas de benefcio que bactrias podem exercer j havia sido despertado em meados do sculo XX. A antiga Unio Sovitica vinha trabalhando com bactrias benficas nas razes de plantas havia vrios anos. Pelas caractersticas do regime poltico de ento, pouco se sabia, alm de suas fronteiras, sobre os trabalhos que vinham sendo desenvolvidos. No entanto, um pesquisador ingls, da Estao Experimental de Rothamsted, teve autorizao para efetuar visitas a laboratrios e estaes experimentais soviticos, cobrindo vasta rea de seu territrio, e publicou o relato de suas observaes na revista Soils & Fertilizers (Cooper, 1959). Segundo ele, havia mais de dez milhes de hectares recebendo a inoculao de microrganismos no simbiticos, com alguns resultados verdadeiramente espetaculares.

( ) Pesquisadora, Instituto Agronmico, Centro de Solos e Recursos Ambientais, Caixa Postal 28, CEP - 13001970, Campinas, SP E-mail: [email protected] .

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Sueli dos Santos Freitas

Uma outra pesquisadora da mesma Estao Experimental (Brown, 1974) mencionou aumentos de produtividade de at 42 % em arroz e 10 % em soja, por exemplo. Na poca, a grande maioria dos trabalhos cientficos em Microbiologia do Solo no Hemisfrio Ocidental versava sobre as bactrias includas no gnero Rhizobium, simbiticas, com habitat e nicho bem definidos. A possibilidade do uso de inoculantes preparados a partir de outras espcies microbianas abria ento um grande leque de novas pesquisas e aplicaes prticas, num mundo em crescimento e, portanto, vido por alimentos e por tecnologia, aps o trmino das duas guerras mundiais que tanto afetaram a vida do sculo XX. Assim, como tais resultados no poderiam ser ignorados pelo Ocidente, intensificaram-se as tentativas de utilizao de bactrias de variados gneros. No entanto, os poucos trabalhos soviticos a que se tinha acesso, ento, freqentemente no tinham anlises estatsticas, levando-os a algum descrdito por parte dos ocidentais (Burr & Caesar, 1985). Finalmente, no trabalho em que se cunhava a expresso que designaria esse grupo a partir de ento, Kloepper & Schroth (1978), apresentaram dados resultantes de experimentao que pde ser aceita pela comunidade cientfica internacional. Para chegar a isso, j 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 tambm anlises estatsticas aos moldes do Ocidente. Na verdade, em 1978, houve uma reunio para juntar as informaes disponveis sobre as interaes entre razes e solos, considerando aspectos qumicos, fsicos e biolgicos, com o objetivo, expresso no ttulo do evento, de estabelecimento de uma rizosfera benfica (Atkinson & Watson, 2000). Como fruto do pensamento e das linhas de pesquisa vigentes na poca, Rovira (1979) identificou como reas-chave para a continuao dos estudos os trabalhos sobre a liberao de material orgnico a partir das razes e sobre a colonizao radicular por microrganismos; enfatizou, de maneira particular, o conhecimento sobre a fixao biolgica do nitrognio, sobre as micorrizas e sobre as interaes de razes, patgenos e outros microrganismos, potencialmente benficos. Numerosos trabalhos foram realizados. Relataram-se benefcios s culturas de milho (Kavimandan & Gaur, 1971; Brando, 1989), batata (Bakker & Schippers, 1987; Leben et al., 1987), vrias gramneas (Gamo, 1991), alfafa (Olsen & Misaghi, 1981), beterraba (Suslow & Schroth, 1982) e caf (Freitas, 1989), entre muitas outras. No Ocidente foram obtidos resultados que poderiam ser tambm considerados espetaculares: Burr et al. (1978) relataram 100% de aumento na matria fresca de razes e parte area de batata tratada com P fluorescens e P putida em casa de vegetao; no campo, esses . . aumentos variaram de 14 a 33%; em alfafa, Olsen & Misaghi (1981) observaram aumentos de 194 % na massa de matria seca de plantas tratadas com clulas vivas de P fluorescens e de 167 % nas tratadas com clulas da mesma espcie bacteriana mortas . pelo calor. Em beterraba, obtiveram-se aumentos de 20 a 85% na massa de razes e da parte area; no campo esse aumento era de 13%, tendo-se observado aumentos at mesmo no teor de acar (Suslow & Schroth, 1982). Por vrios anos as pesquisas foram promissoras e trabalhava-se com a inteno de apresentar inoculantes que aumentassem a produo agrcola, semelhana do que j vinha sendo feito h dcadas com as bactrias do gnero Rhizobium. Mais de2


um inoculante foram postos no mercado norte-americano (Weller & Zablotowicz, 1987), principalmente, mas, depois de um desempenho irregular, deixaram de ser vendidos. Comeava-se a perceber que os resultados prticos, aplicveis na agricultura, no surgiriam to facilmente. O presente captulo far uma retrospectiva resumida do que j foi feito, concretamente, com RPCPs, com nfase nos benefcios j obtidos, nos insucessos e suas causas e nas perspectivas visualizadas atualmente para essa rea da Microbiologia do Solo.

2. P romoo do Crescimento Vegetal por Rizobactrias - Um Promoo Vegetal HistricoCom a seqncia da experimentao, problemas de instabilidade no comportamento de RPCPs comearam a ser observados, com o mesmo isolado bacteriano comportando-se diferentemente em condies experimentais semelhantes (Howell & Okon, 1987). Um dos mais freqentes problemas da pesquisa cientfica na rea agronmica ocorria tambm entre as RPCPs: bons resultados em experimentos desenvolvidos em casa de vegetao no se repetiam em condies de campo (Leben et al., 1987). Na poca, no entanto, ainda se pensava na produo talvez a curto prazo de inoculantes comerciais: Paau & McIntyre (1987), no primeiro workshop internacional a propsito do assunto, dissertaram sobre a produo e as possibilidades da formulao de inoculantes com RPCPs, estendendo-se sobre a legislao e o direito de propriedade, sempre peculiares quando se trata de microrganismos. Lembraram, inclusive, a necessidade de um trabalho de educao e relaes pblicas para melhorar a aceitao desses inoculantes: como muitos dos isolados agiam como agentes de controle biolgico de fitopatgenos, havia a necessidade de educar os potenciais consumidores para o fato de que a expresso dos resultados de inoculantes microbianos no seria to pronta quanto a dos produtos qumicos destinados ao mesmo fim. Mas fizeram tambm algumas sugestes sobre a necessidade de se conhecer o modo de ao de cada isolado que seria utilizado como inoculante, j que esse conhecimento poderia aumentar a consistncia ou a reprodutibilidade das respostas inoculao. Por essa poca intensificaram-se as pesquisas sobre o modo de ao das RPCPs. Essa uma tarefa particularmente extensa, uma vez que, como j foi dito, sob essa denominao agrupa-se um conjunto muito diverso de microrganismos, que, conseqentemente, exercero seu benefcio nica caracterstica necessariamente comum entre eles de maneiras tambm diversas. Alguns modos de ao so aventados pela maioria dos pesquisadores, como a produo de fitormnios, o controle biolgico de fitopatgenos, a fixao assimbitica ou a interferncia na fixao simbitica de nitrognio e a solubilizao de fosfatos. A produo de fitormnios era a hiptese mais freqente com que trabalhava o grupo liderado pela Dra. Margareth Brown, da Estao Experimental de Rothamsted, na Inglaterra (Brown, 1974, 1972).3


Alguns pesquisadores ainda consideram essa forma de ao uma forte possibilidade para que RPCPs exeram seu benefcio a plantas. Barazani & Friedman (2000), por exemplo, estudaram o efeito de L-triptofano sobre a elongao de plntulas de alface e sobre a atividade aleloqumica de 3 espcies de RPCPs Comamonas acidovorans, Agrobacterium sp. e Alcaligenes piechaudii , em condies axnicas, as quais alongaram as razes das plantas em que foram inoculadas na ordem de 15, 30 e 44% respectivamente, fazendo supor um efeito direto sobre elas, semelhana de hormnios. No entanto, a presena conjunta do triptofano com Agrobacterium e com Alcaligenes resultou em razes menores que as da testemunha sem tratamento, enquanto que conjuntamente com Comamonas aumentou a massa de matria seca de razes. A hiptese dos autores vai um pouco alm do mero efeito direto do hormnio sobre as razes: como o triptofano inibe a populao de Comamonas, sugerem que essa bactria produza cido indolactico (AIA), que iniba o alongamento da raiz. Na presena de triptofano, a raiz aumenta, pela ausncia ou inibio da bactria. Nesse caso, o triptofano teria tanto um efeito direto no crescimento da raiz quanto um efeito indireto, sobre as rizobactrias. Uma vez que fitormnios podem ser benficos em concentraes mais baixas mas podem ser prejudiciais em concentraes mais altas (Antoun et al., 1998), seu papel na promoo do crescimento deve ser mais complexo do que normalmente seria esperado. Algumas enzimas, por exemplo, podem atuar modulando a produo de fitormnios, o que regularia, em ltima anlise, a promoo do crescimento por alguns isolados de RPCPs, conforme j foi sugerido para a enzima desaminase do cido aminociclo propano desaminase (ACC desaminase) por Rodrguez & Fraga (1999). Ainda quanto produo de fitormnios, interessante mencionar que, sob essa perspectiva, testaram-se rizbios como promotores do crescimento de plantas no leguminosas. Em experimentos utilizando 266 isolados de Rhizobium e Bradyrhizobium, Antoun et al. (1998) concluram que 58 % das bactrias empregadas nos testes produziam AIA, um hormnio que poderia estar envolvido tambm em prejuzos s plantas quando em concentraes mais elevadas. De acordo com esses autores, rizbios exibem uma srie de caractersticas que os habilitariam como promotores de crescimento como, por exemplo, a produo de siderforos, a solubilizao de fosfatos e at mesmo o antagonismo a fitopatgenos. Fixadores no simbiticos de nitrognio foram levados em conta por outros autores na definio de formas de promoo do crescimento: Gamo (1981), utilizando Azospirillum, e Howell & Okon (1987), com Azospirillum, Azotobacter e Rhizobium, consideraram que a fixao de nitrognio no era a explicao correta para os benefcios observados com o emprego dessas bactrias, mas sim a produo de fitormnios. Entre os modos de ao sugeridos para RPCPs talvez o mais lembrado pelos pesquisadores ao longo do tempo tenha sido o controle biolgico de fitopatgenos. No entanto, a forma pela qual as bactrias exerceriam esse controle pode variar. A produo de antibiticos foi, inicialmente, a maneira mais aceita, como, por exemplo, no trabalho de Howell & Stipanovic (1980), talvez por ser a ao mais simples e mais direta de um microrganismo sobre outro. Antibiticos como substncias que inibiriam fitopatgenos e, por conseguinte, promoveriam o crescimento vegetal tm fundamento particularmente quando se d nfase a bactrias do gnero Bacillus, sabidamente4


produtoras de tais compostos (Bettiol, 1995). Pseudomonas spp., todavia, tambm so freqentemente relatadas como produtoras de antibiticos (Harrison et al., 1993). H trabalhos comprovando que diferentes isolados de P fluorescens . produzem antibiticos inibidores de inmeros patgenos: Brisbane et al. (1989) relataram a inibio de 17 fungos por um isolado dessa espcie, efeito esse comprovadamente devido ao antibitico e no ao siderforo que o isolado tambm produzia. Ainda o mesmo isolado foi utilizado por Bull et al. (1991) no controle de Gaeumannomyces graminis var. tritici, agente causal da doena conhecida como mal-do-p em trigo. O mesmo patgeno inibido tanto in vitro quanto in vivo por uma outra espcie de Pseudomonas, P aureofasciens, tambm . produtora de antibitico (Harrison et al., 1993). Todavia, outras maneiras de antagonizar fitopatgenos j foram aventadas para RPCPs. A mais vivel parece ser a presena de siderforos, substncias quelantes 3+ do on frrico (Fe ) produzidas pelos microrganismos em condies de deficincia desse elemento (Leong, 1986). Nesse caso, os microrganismos produtores de siderforos teriam vantagem sobre os outros, uma vez que o pouco ferro disponvel estaria disponvel apenas para eles prprios, que, na qualidade de produtores de siderforos, teriam tambm desenvolvido um processo especfico, ao nvel de isolado, para retirada do nutriente da molcula do quelante e seu transporte pelo interior da clula (Hohnadel & Meyer, 1988). Alis, esse um dos motivos pelos quais bactrias do grupo fluorescente do gnero Pseudomonas so to pesquisadas como promotoras do crescimento: o que lhes confere fluorescncia justamente um siderforo, denominado genericamente pioverdina e produzido em condies de deficincia de ferro (Stanier et al., 1966; Meyer & Abdallah, 1978). H muito tempo j se comprovou que isolados do grupo fluorescente do gnero Pseudomonas podem promover o crescimento vegetal por privar de ferro potenciais fitopatgenos (Kloepper et al., 1980). Esse aspecto torna-se ainda mais importante quando se considera a ocorrncia dos patgenos menores ou subclnicos, caracterizados por Woltz (1978) como microrganismos que no causam sintomas bvios de doena, mas deprimem o crescimento da planta como um todo; nesse caso, no h como detectar a presena do patgeno. Quando algum processo, seja qual for, inibir a atuao do patgeno subclnico e a planta apresentar um crescimento maior, a impresso que se ter a de que houve promoo do crescimento, quando, na verdade, a planta estar apenas exibindo seu potencial de crescimento em condies adequadas de fitossanidade. Nessa linha de pesquisa, Freitas & Pizzinatto (1997) trabalharam com isolados de Pseudomonas fluorescentes e de Bacillus spp. Em testes de antagonismo in vitro, confrontando em placas de Petri as bactrias potenciais agentes de controle biolgico e Colletotrichum gossypii, causador de podrides de pr e ps-emergncia em algodoeiro, observaram que a maioria dos isolados de Pseudomonas foram antagnicos ao fungo no meio B de King et al. (1954) mas no em meio BDA, indicando o envolvimento de siderforos na inibio, uma vez que o primeiro meio de cultura deficiente em ferro mas no o segundo. Todos os isolados de Bacillus apresentaram antagonismo no meio BDA, indicando, no caso, a produo de antibiticos.5


No mesmo trabalho, em outro experimento, avaliou-se a capacidade dos isolados bacterianos, tanto na presena quanto na ausncia do patgeno, em promover a emergncia e em diminuir a incidncia de necrose no colo das plntulas; alguns isolados de Bacillus e de Pseudomonas promoveram a emergncia das plntulas e diminuram a incidncia da doena avaliada pela necrose no colo. Todavia, em experimento em casa de vegetao, os resultados no se repetiram: alguns isolados de Pseudomonas nem sempre os mesmos favoreceram o desenvolvimento das plantas em relao testemunha, mas s em ausncia do patgeno, indicando que a promoo do crescimento no estava ligada ao controle biolgico do fungo inoculado. No entanto, no trabalho feito, no foi possvel comprovar se havia patgenos subclnicos envolvidos. Siderforos poderiam estar igualmente envolvidos no fornecimento de ferro como nutriente para plantas. O ferro muito abundante na crosta terrestre mas nem sempre est em forma disponvel s plantas: em solos com valor de pH prximo ou 3+ acima de 6, encontra-se na forma oxidada (Fe ), que se precipita e no absorvida pelos vegetais (Froehlich & Fehr, 1981). As plantas classificam-se como eficientes ou ineficientes em ferro, de acordo com sua resposta deficincia do nutriente: eficientes so as que se mostram tolerantes deficincia, isto , aquelas que possuem mecanismo de resposta a estresse por ferro, enquanto ineficientes so as susceptveis, que no 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 deficincia de ferro, seja por competio com as plantas pelo nutriente seja pela mobilizao do ferro lbil no solo. Poderia ter havido uma evoluo conjunta entre plantas e microrganismos produtores de siderforos: a eficincia de algumas espcies 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 siderforos microbianos deve ser bastante complexo (Walter et al., 1994); no obstante, Miller et al. (1985) observaram que tomateiros podem retirar o ferro do complexo Fe-cido rodotorlico, um siderforo produzido pela levedura Rhodotorula pilimanae. Parece que espcies eficientes e ineficientes podem ser diferenciadas com base em sua habilidade de usar siderforos de hidroxamato na absoro 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 siderforo 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 nutrio em ferro somente seria significativo em solos com valor de pH prximos da neutralidade, nos quais o ferro se precipita em sua forma 3+ oxidada, Fe , tornando-se no disponvel para plantas. No Brasil, cujos solos, na sua grande maioria, so cidos, esse efeito s teria importncia em reas muito especficas, mais provavelmente com adio excessiva de calcrio do que em condies naturais, conforme j relatado por Tanaka et al. (1989). A participao dos siderforos nos processos em que se envolvem Pseudomonas spp. fluorescentes continua a ser pesquisada nos dias de hoje, ainda que nem sempre sua atuao esteja bem esclarecida. J se detectou, por exemplo, que um isolado de6


Pseudomonas sp. parece ter a capacidade de interagir com os processos iniciais de infeco por Rhizobium leguminosarum em razes de ervilha, prejudicando o estabelecimento da simbiose. Essa inibio ocorre possivelmente por dois mecanismos complementares, um ligado disponibilidade de ferro e outro produo de metablitos extracelulares inibidores (Berggren et al., 2001). Todavia, a maioria dos pesquisadores trabalha ainda hoje com a hiptese de benefcio resultante da produo de siderforos (Cattelan et al., 1999), seja pelo controle biolgico de fitopatgenos (Ramamoorthy et al., 2001), seja mais raramente pelo efeito na nutrio das plantas (Rengel et al., 1998). H ainda inmeras outras formas pelas quais rizobactrias 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 freqente ainda : por que no existem no comrcio inoculantes com RPCPs recomendados para agricultores?

Promotoras 3. Limitaes ao uso de Rizobactrias Promotoras do Crescimento de PlantasNum trabalho muito extenso, Cattelan et al. (1999) testaram diversas formas pelas quais rizobactrias poderiam promover o crescimento de soja, como: produo ou alterao da concentrao dos hormnios vegetais AIA, cido giberlico, citocininas e etileno; fixao assimbitica de nitrognio; antagonismo contra microrganismos fitopatognicos por siderforos, b-1.3-glucanase, quitinases, antibiticos e cianeto que tanto pode ser associado a benefcios quanto a prejuzos ; solubilizao de fosfatos minerais ou de outros nutrientes e fixao simbitica do nitrognio, afetando a nodulao ou a ocupao dos ndulos. Nesse trabalho, os autores utilizaram 116 isolados bacterianos obtidos de solo ou da rizosfera de soja e avaliaram as seguintes formas de possveis benefcios para a planta: altura da parte area, comprimento da raiz, matria seca da parte area e da raiz, nmero e matria seca de ndulos. Embora tenham observado inmeras atuaes dos microrganismos sobre as plantas, com interaes de fatores, consideraram seus resultados inconcludentes sob muitos aspectos. Por exemplo: um isolado, includo como controle negativo, j que sabidamente s inibia o crescimento de Sclerotium rolfsii e de Sclerotinia sclerotiorum, promoveu o crescimento das plantas sem que pudesse detectar o motivo do benefcio. J outro isolado, de Pseudomonas putida, includo como controle positivo porque havia demonstrado ser benfico soja, foi negativo para a maioria dos modos de ao testados, inclusive a produo de siderforos, razo de ter sido includo entre os benficos. No entanto, pela maioria dos resultados obtidos, sugerem que as seguintes caractersticas podem estar ligadas e poderia ser til basear seleo de isolados nelas: desaminase de ACC, produo de siderforos, produo de b-1.3-glucanase e solubilizao de P . Essas caractersticas seriam melhores que prototrofia a biotina, produo de AIA, quitinase e cianeto. No novidade, entretanto, a falta de correlao entre caractersticas observadas ou quantificadas in vitro e a presumvel conseqncia dessas caractersticas em avaliaes in vivo (Antoun et al., 1998; Freitas & Pizzinatto, 1997).7


Um problema relatado com muita freqncia nos artigos com RPCPs 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 gneros bacterianos exerciam benefcio pela fixao de nitrognio ou por outra forma. De qualquer maneira, consideraram que para Azotobacter as respostas eram mais consistentes que para Azospirillum. Na mesma poca, Weller & Zablotowicz (1987) especularam sobre as razes 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 biolgico de fitopatgenos do solo. Os autores citam como possvel causa dessa inconsistncia a colonizao radicular varivel, por problemas de sobrevivncia do inculo ou por condies desfavorveis para a bactria: se a bactria no puder colonizar a rizosfera no ter como interagir com a planta. Ainda segundo esses autores, outros fatores do ambiente podem contribuir para minimizar a incidncia da doena, motivo pelo qual no se poderia observar promoo do crescimento pelo inoculante adicionado. Alm disso, outros patgenos poderiam agir, alterando os efeitos do patgeno-alvo e, conseqentemente, os do agente de controle biolgico. Os relatos sobre variabilidade dos resultados em trabalhos com RPCPs continuaram mesmo no final do sculo XX, sendo considerada o principal motivo pelo qual ainda no so produzidos inoculantes de RPCPs comercialmente viveis (Shishido & Chanway, 1998). Antoun et al. (1998) dizem, textualmente: a variabilidade dos resultados um dos maiores problemas associados a experimentos de inoculao de RPCPs e devida, provavelmente, complexidade das interaes envolvidas na rizosfera entre a planta, a bactria introduzida e o resto da microbiota rizosfrica, neutra ou deletria. O que resta por resolver, nos dias atuais, so as causas dessa variabilidade. Um caminho seguido por muitos autores para explic-la tem sido a colonizao das razes das plantas. Est 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, j foi sugerido que diferenas na colonizao radicular pelas RPCPs poderiam explicar o fenmeno da variabilidade dos resultados (Weller & Zablotowicz, 1987). Todavia, a mera colonizao radicular por um isolado promotor do crescimento pode no garantir os benefcios planta: Chanway et al. (2000) no encontraram correlao entre os nmeros de RPCPs associadas s razes e o aumento de crescimento do abeto vermelho (Picea sp.), uma espcie arbrea utilizada em reflorestamentos em regies de clima temperado. Alis, na maioria dos experimentos realizados por esses autores, as plantas com os maiores aumentos de biomassa aps a inoculao foram as que apresentaram as menores populaes de RPCPs rizosfricas. Os autores sugeriram que, dadas as dificuldades de estabelecimento na rizosfera pelos microrganismos inoculados, seria melhor trabalhar com promotores de crescimento que sejam endofticos, o que lhes garantiria um habitat menos competitivo. Ainda que no trabalho a presena das bactrias no tecido interno das plantas no tenha sido avaliada, os isolados testados possuam tal capacidade, conforme relatado pelos autores. Estaria a um outro aspecto do uso de RPCPs, o uso de bactrias endofticas, caracterstica que evitaria, pelo8


menos parcialmente, o efeito da competio com outros microrganismos nesse habitat reconhecidamente colonizado com tanta intensidade (Barka et al., 2000). Outros autores (Sturz & Nowak, 2000) sugeriram tambm o uso de RPCPs endofticas mas lembraram as dificuldades da introduo de componentes bacterianos exgenos em uma comunidade microbiana j bem estabelecida e aclimatada. Esse uso, alis, apenas diminui a importncia da colonizao radicular: ainda que microrganismos endofticos no precisem proliferar agressivamente na rizosfera caracterstica vital para os exofticos que devam exercer atividade promotora de crescimento -, devem necessariamente atravessar a rizosfera em nmeros suficientes para alcanar uma boa colonizao endoftica. Sturz & Nowak (2000) afirmam que, em comunidades maduras, interaes positivas entre populaes autctones so geralmente mais bem desenvolvidas que em comunidades recentemente estabelecidas. O estabelecimento de um novo organismo pode ser prejudicado pela dinmica do ecossistema que ele est tentando invadir, como uma forma de mutualismo defensivo. Para evitar isso, deve-se introduzir o organismo benfico o mais cedo possvel. J que microrganismos endofticos em sementes tendem a evoluir para endofticos em plantas isto , tendem a permanecer na plntula originada da semente que colonizavam uma boa alternativa seria a inoculao dessas RPCPs nas sementes (Sturz & Nowak, 2000). Evidncias das interaes de rizbios com plantas no leguminosas foram dadas por Antoun et al. (1998). Esses autores comentam vrios trabalhos em que se observou encurvamento de plos radiculares em milho, arroz e cevada, inclusive com a formao de estruturas semelhantes a ndulos em razes das duas ltimas espcies vegetais, como resultado da presena de rizbios em sua rizosfera. Se bactrias participantes de simbioses to especficas como os rizbios conseguem interagir com plantas to diferentes de seus simbiontes, por que organismos menos especficos no poderiam ter desenvolvido sistemas de interao com plantas e microrganismos ao longo da evoluo (Atkinson & Watson, 2000)? De qualquer maneira, RPCPs endofticas ou exofticas devero sobreviver na rizosfera para exercer seu benefcio. Depois de uma srie de experimentos em que avaliaram a capacidade de RPCPs em colonizar a rizosfera de soja, Jjemba & Alexander (1999) concluram que a habilidade das bactrias em sobreviver em grandes nmeros no solo um importante fator a determinar seu sucesso na colonizao subseqente da rizosfera. Isto , h que se considerar tambm a presena dos outros microrganismos do solo, que, em ltima anlise, so os competidores que uma RPCP introduzida deve sobrepujar para manter-se no solo ou at mesmo para conseguir penetrar na raiz. A densidade mxima da populao alcanada na rizosfera depende do tamanho da populao inicial no solo (Jjemba & Alexander, 1999). No de surpreender, pois, que os estudos atuais sobre as causas da variabilidade nos resultados com RPCPs tenham convergido para a sua interao com a microbiota nativa. Microrganismos cobrem cerca de 10% da superfcie radicular, utilizando exsudatos para seu crescimento (Rengel et al., 1998). Entre esses microrganismos esto RPCPs, patgenos e a grande maioria dos meros comensais - em relao planta - que utilizam os exsudatos radiculares como fonte de alimento e energia.9


Tendncias Perspectivas Futuras Pesquisas 4. Tendncias Atuais e Perspectivas Futuras nas Pesquisas com RPCPs RPCPsNa atualidade, paralelamente s buscas de RPCPs eficientes continuam os estudos que visam a definir as causas da variabilidade nos experimentos utilizando essas bactrias. Tem sido consenso que grande parte do motivo seja a interao com a microbiota nativa (Shishido & Chanway, 1998), ainda que a elucidao dessas interaes apresente dificuldades compreensveis. A avaliao da competitividade rizosfrica foi o que norteou o trabalho de Jjemba & Alexander (1999): esses autores procuraram correlacionar diversas caractersticas de um grupo de bactrias com a extenso da sua colonizao da rizosfera de soja em solo no esterilizado. Avaliaram as taxas de crescimento em meio lquido e em solo rizosfrico esterilizado, mas no encontraram correlao entre essas variveis e a extenso da colonizao em rizosfera no esterilizada. No entanto, para a maioria das bactrias testadas, houve correlao entre as suas populaes iniciais no solo e a colonizao rizosfrica, levando os autores a concluir que a habilidade das bactrias em sobreviver em grandes nmeros no solo um grande fator determinante do seu sucesso na colonizao subseqente da rizosfera. Essa avaliao seria mais til em definir a habilidade da bactria em colonizar a rizosfera do que qualquer das outras variveis analisadas. Ainda no h metodologia plenamente aceita e estabelecida para avaliar seguramente a colonizao radicular pelas RPCPs. Um dos motivos dessa dificuldade reside, provavelmente, no fato bvio de que o grupo bacteriano englobado pela designao rizobactrias promotoras do crescimento de plantas muito grande. Com o objetivo de definir um mtodo prtico para avaliar a colonizao radicular por RPCPs - e, assim, agilizar a seleo de isolados eficientes Sottero et al. (2006) testaram 64 isolados de bactrias do grupo fluorescente do gnero Pseudomonas. Trabalhando com plntulas cultivadas em tubos de ensaio, os autores observaram que a presena de nvoa em volta do colo indicava a presena das bactrias naquela rizosfera, o que propuseram como um critrio para a seleo prvia de isolados bacterianos. No h, todavia, muitas informaes sobre as interaes de populaes microbianas na rizosfera, particularmente sobre as RPCPs. Um fator a complicar estudos desse tipo o fato de que o solo no um habitat uniforme: pelo contrrio, ocorre um grande nmero de diferentes habitats, em locais muito prximos uns dos outros. Na verdade, uma populao microbiana no est homogeneamente distribuda pelo solo, mas existe como subpopulaes distintas nos poros do solo, freqentemente isoladas dos outros membros da populao total (Scott et al., 1995). difcil precisar todos os fatores que podem interferir com a microbiota nativa do solo, mas entre eles esto fatores abiticos, como a estrutura e textura do solo em relao ao contedo de umidade e de nutrientes -, a aerao e os valores de pH, e biticos, como a prpria microbiota indgena do solo, bactrias de inoculantes adicionados e as plantas (Shishido & Chanway, 1998). fcil ver que a influncia de cada um desses fatores tem inmeros desdobramentos. Por exemplo, o gentipo da10


planta afeta a exsudao radicular, sustentando comunidades microbianas diferentes no s para cada espcie vegetal (Gu & Mazzola, 2001) como para cada variedade dentro de uma mesma espcie (Rengel et al., 1998). Alm disso, a mesma espcie vegetal pode estimular comunidades microbianas diversas entre um local e outro, o que leva a respostas diferentes inoculao 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 bactrias fluorescentes do gnero Pseudomonas, em comparao com o crescimento de Bacillus spp., que no foi beneficiado. Esse favorecimento foi detectado por comparao da rizosfera de alface com a de chicria (Cicorium endivia), rcula (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. influenciada pela rizosfera em que se desenvolvem (Coelho, 2006). A mesma concluso chegaram Freitas & AguilarVildoso (2004), em trabalho com trs espcies ctricas (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 espcie de planta, tipo do solo e regio da raiz sobre a estrutura da comunidade bacteriana na rizosfera. Compararam 3 espcies de plantas - gro de bico, nabo e sorgo - , em 2 regies da raiz extremidade radicular e regio de razes maduras , em3 solos - arenoso, argilo-arenoso e argiloso - com suplementao de N ou sem o nutriente. Obtiveram um grande nmero de bandas comuns s 3 espcies de plantas, regies da raiz e tipos de solo, mas com intensidades relativas das bandas variveis, denotando populaes de tamanhos diferentes. A suplementao com nitrognio no alterou a comunidade microbiana, o que os autores consideraram surpreendente. Aventaram a hiptese de o nitrognio no ser limitante nos solos estudados, motivo pelo qual sua adio no afetou as comunidades rizosfricas. Todavia, nos trs solos, a composio da comunidade rizosfrica foi espcie-especfica, o que pode ser explicado pela variao na quantidade e composio qumica dos rizodepsitos. A composio da comunidade rizosfrica foi afetada pelo tipo de solo, regio da raiz e interaes entre essas variveis. A importncia relativa dessas variveis diferiu com a espcie de planta. Segundo os autores, a importncia relativa do tipo de solo sobre a estrutura da comunidade microbiana continua uma questo difcil e nenhum princpio geral emergiu ainda. Comparaes de diferentes solos requerem considerao de muitas variveis, incluindo diferenas entre nutrientes minerais, textura do solo, pH e matria orgnica, estrutura fsica e histricos de manejo. Semelhantemente, Freitas et al. (2003) chegaram concluso de que havia envolvimento da fertilidade do substrato na promoo do crescimento de alface por isolados do grupo fluorescente do gnero Pseudomonas. Passado muito tempo durante o qual as bactrias do grupo fluorescente do gnero Pseudomonas foram extensivamente estudadas como RPCPs, mais recentemente outros gneros bacterianos voltaram a ser estudados como promotores de crescimento, semelhana do que se fazia na URSS em meados do sculo XX. Como exemplo disso pode-se citar o trabalho de Antoun et al. (1998), em que 266 isolados de bactrias dos gneros Rhizobium e Bradyrhizobium foram testados como promotores do crescimento em nabo.11


Pesquisaram a produo de siderforos, cido ciandrico e cido indolactico e a solubilizao de fosfatos pelos isolados, concluindo que no houve correlao entre as caractersticas avaliadas in vitro e a capacidade de promoo do crescimento. No entanto, apresentam uma srie de vantagens do uso de bactrias dessas gneros, como a disponibilidade de tecnologias de produo de inculo e de inoculao e o fato de que a gentica dessas bactrias tem sido intensivamente estudada, tornando disponveis todas as ferramentas genticas necessrias. Outras espcies bacterianas - Comamonas acidovorans, Agrobacterium sp. e Alcaligenes piechaudii - foram avaliadas quanto produo de hormnios responsveis pela elongao de razes, mas trabalhos nessa linha ainda continuam longe de possibilitar aplicao prtica dos resultados a que chegam. H que se ressaltar, entretanto, que alguns hormnios podem ter papel no s no crescimento em si mas na percepo e transduo de sinais ambientais (Barka et al., 2000). possvel que esse fenmeno pudesse estar envolvido nos benefcios obtidos pela inoculao conjunta de Bradyrhizobium japonicum e isolados de Serratia liquefaciens e Serratia proteamaculans em soja (Dashti et al., 1998): houve aumento na massa de ndulos por planta e antecipao do incio da fixao do nitrognio, resultando em aumento no nitrognio fixado. preciso ressaltar que, independentemente da elucidao dos motivos da variabilidade, os trabalhos com RPCPs tm continuado com todo o vigor. H trabalhos inclusive com o controle de nematides, que causam danos significativos a muitas culturas. Nessa linha, Siddiqui & Mahmood (1999) mencionam a existncia de bactrias que agem como parasitas, cujo emprego como agente de controle biolgico facilitado pela especificidade entre parasita e nematide hospedeiro, e de bactrias no parasitas, cujo efeito seria pela regulao da produo de metablitos que reduzem a ecloso dos ovos e a atrao das larvas pelas razes ou pela degradao de exsudatos radiculares especficos que controlam o comportamento dos nematides. Em trabalho posterior, o mesmo grupo de pesquisadores (Siddiqui et al., 2001) relatou a obteno de um isolado de Pseudomonas spp. que promoveu o crescimento e diminuiu a multiplicao e a manifestao do nematide Meloidogyne incognita em tomateiro, num sistema com inoculao da bactria em presena de adubo orgnico e de DAP (fosfato de diamnio), recomendado como uma forma de manejo cultural para diminuir a incidncia do problema. Um dos poucos relatos mais recentes do uso comercial de inoculantes com RPCPs vem de um grupo de pesquisadores cubanos (Rodrguez & Fraga, 1999), pelo qual bactrias da espcie Burkholderia cepacia seriam utilizadas como inoculantes para solubilizao de fsforo em cultivos agrcolas. Mesmo nesse caso, entretanto, h relatos de variabilidade de resultados, o que ocasionou a recomendao de que seja tentada a manipulao gentica para dar mais estabilidade ao carter. Mas h questionamentos ao uso dessa espcie como promotora de crescimento, j que causa graves infeces em humanos (Holmes et al., 1998). At pela forte possibilidade, j discutida, de que a interao com a microbiota nativa seja fator a afetar a atuao de rizobactrias, o uso de RPCPs deve ser facilitado em sistemas de manejo que contemplem algum tratamento do substrato, facilitando o12


estabelecimento do microrganismo inoculado. Um sistema que vem sendo aplicado h muito em alguns pases a solarizao, descrita por Katan et al. (1976). Nesse sistema o solo mido submetido a temperaturas altas, pela concentrao do calor por meio de lenis plsticos aplicados sobre ele. As altas temperaturas atingidas levam eliminao de um grande nmero de patgenos, pragas e plantas daninhas (Ghini, 1997). Essa prtica poderia facilitar a sobrevivncia da RPCPs aplicadas ao solo, conforme aventam Gamliel & Stapleton (1993) para Bacillus spp. e isolados fluorescentes do gnero Pseudomonas. No Brasil, Sinigaglia et al. (2001) aplicaram com sucesso a tcnica da solarizao para controle de Sclerotinia minor e Rhizoctonia solani em alface, em reas comerciais de produo. J foi comprovado que a alterao da microbiota nativa por variaes drsticas em fatores abiticos pode interferir favorvel ou desfavoravelmente no desempenho de RPCPs: Shishido & Chanway (1998) observaram que processos de armazenamento e congelamento de solos alteraram as respostas de abeto inoculao de Pseudomonas spp. e Bacillus spp., mas no conseguiram definir se os processos de armazenamento diminuram a competio do que resultou promoo do crescimento ou eliminaram algum microrganismo que trabalhasse associado s RPCPs ou patgeno subclnico do que no resultou promoo do crescimento. No se deve esquecer, entretanto, que a alterao da microbiota nativa pode levar a conseqncias desfavorveis: Os & Ginkel (2001) testaram os efeitos da inundao, fumigao e esterilizao do solo por calor sobre a ocorrncia de podrido causada por Pythium em bulbos de Iris, uma planta florfera. Observaram que o solo que no fora submetido a nenhum desses tratamentos que apresentou os menores ndices de doena, levando os autores a concluir que a microbiota nativa, eliminada pelos diferentes processos, era responsvel pela supressividade doena. Um dos caminhos sugeridos para a pesquisa com RPCPs, pois, 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 inoculao com uma rizobactria est condicionado ou manuteno de uma comunidade benfica ao microrganismo inoculado ou eliminao da comunidade a ele antagnica. Esses problemas seriam minimizados, entretanto, se as RPCPs forem endofticas, conforme sugerido por Chanway et al. (2000) para a inoculao de espcies florestais em viveiros de mudas. Um captulo parte nas pesquisas com RPCPs no final do sculo XX e incio do XXI tem sido a hiptese de que tais organismos atuem como indutores de resistncia a patgenos e pragas. Na verdade, esse campo de estudos tem progredido rapidamente, com trabalhos bem sucedidos desenvolvidos em condies de campo (Murphy et al., 2000). Resistncia sistmica induzida (RSI) definida como um aumento da capacidade defensiva da planta contra um largo espectro de patgenos e pragas que adquirida aps estimulao apropriada (Ramamoorthy et al., 2001). Assim, o tratamento de sementes com RPCPs resulta em modificaes na estrutura da parede celular e a mudanas bioqumicas e fisiolgicas, que levam sntese de protenas e substncias qumicas envolvidas em mecanismos de defesa das plantas.13


Muitas enzimas de plantas esto envolvidas em reaes de defesa contra fitopatgenos, incluindo enzimas oxidativas, como peroxidase (PO) e polifenol oxidase (PPO), que agem catalisando a formao de lignina, e outros fenis oxidativos, que contribuem para a formao de barreiras defensivas, reforando a estrutura celular (Chen et al., 2000). A induo de resistncia por RPCPs parece ser um fenmeno de ampla ocorrncia: existem, por exemplo, relatos de induo de resistncia a patgenos, como Pythium em abbora (Chen et al., 2000 e Ongena et al., 2000) e em pepino (Bernardes, 2006) e Rhizoctonia solani em arroz (Nandakumar et al., 2001); h relatos de efeito contra vrus em tomateiro (Murphy et al., 2000 e Zehnder et al., 2000). O contato com os patgenos induz a planta a produzir substncias de defesa contra os invasores, de maneira semelhante ou no induzida por RPCPs (Chen et al., 2000). Ainda que esse conhecimento j seja bem antigo (Chester, 1933, citado por Ramamoorthy et al., 2001), os mecanismos pelos quais a proteo induzida comearam a ser desvendados bem mais recentemente. A proteo tanto pode ocorrer por reforo nas barreiras fsicas contra o patgeno como a produo de lignina (Chen et al., 2000) quanto por aumento na sntese de enzimas e metablitos com atividade antifngica (Ongena et al., 2000). Isolados de Pseudomonas fluorescens tiveram eficcia comparvel do fungicida carbendazim, recomendado para o controle de Rhizoctonia solani em arroz (Nandakumar et al., 2001). claro que esses modos de ao esto relacionados a doenas fngicas; a proteo contra doenas causadas por vrus necessita de explicaes, embora j tenha sido empregada com sucesso em experimentos em campo, com diminuio na incidncia da doena e com aumento na produo de tomateiros (Zehnder et al., 2000). Existem isolados que conferem proteo contra mais de um patgeno, s vezes em mais de uma cultura. Buscar tais isolados seria muito importante (Ramamoorthy et al., 2001). semelhana de outros autores (Barka et al., 2000; Chanway et al., 2000; Sturz & Nowak, 2000), Ramamoorthy et al. (2001) afirmam que o uso de bactrias endofticas como agentes de RSI mais benfico em plantas que se propagam vegetativamente, como banana, cana de acar e mandioca, j que a bactria se propagaria para o rgo vegetativo utilizado para a propagao, evitando novas inoculaes. O fato de as bactrias serem endofticas obviaria, pelo menos parcialmente, aos problemas originados da competio com a microbiota indgena, o que deve fazer crescer as pesquisas com tais microrganismos. Alm do uso de RPCPs como indutoras de resistncia sistmica a doenas em plantas, descortinam-se atualmente algumas perspectivas quanto ao seu emprego em cultivos agrcolas. Depois de muito estudo sobre interaes especficas com microrganismos simbiticos e com os patgenos, desenvolveu-se uma conscincia da complexidade das interaes rizosfricas, envolvendo tanto fungos micorrzicos quanto no micorrzicos, patognicos e no patognicos, bactrias, benficas e patognicas, alm da prpria planta e do solo circunjacente, e disso no podero se esquivar os pesquisadores doravante. No mais possvel estudar apenas o microrganismo isolado, sem levar em conta a complexidade do habitat em que dever se estabelecer. Atkinson & Watson (2000) descrevem as concluses de um encontro, nos Estados14


Unidos, para o Estabelecimento de uma Rizosfera Benfica, em 1998, em que identificaram que um dos aspectos mais importantes de uma rizosfera estabelecida a presena de uma comunidade microbiana complexa e substratos orgnicos liberados das razes. Relaes benficas, patognicas e neutras so reguladas por complexos sinais moleculares que ocorrem a. Nesse aspecto esto de acordo com Antoun et al. (1998), que dizem que uma das necessidades de pesquisa no futuro prximo o estudo das trocas de sinais entre plantas e bactrias. Os estudos, na grande maioria, ainda tm sido desenvolvidos em casa de vegetao, mas uma necessidade premente so os trabalhos em campo (Siddiqui & Mahmood, 1999). Tal fato parece j bem definido, uma vez que, na grande maioria dos artigos, relata-se no haver correlao entre o comportamento dos microrganismos in vitro ou em casa de vegetao e no campo (Freitas & Pizzinatto, 1997; Jjemba & Alexander, 1999; Cattelan et al., 1999, entre muitos outros). Assim, um caminho que vem sendo cada vez mais considerado a definio de sistemas de manejo, de modo a facilitar o estabelecimento de microrganismos benficos, em vez de simplesmente tentar introduzir um microrganismo num habitat que, muito provavelmente, j est em equilbrio. Como j se provou que a rotao de culturas e o manejo de resduos influenciam populaes microbianas do solo, podem-se selecionar sistemas de produo que favoream o desenvolvimento de microrganismos benficos, como, por exemplo, a manipulao de exsudatos pela escolha adequada de cultivares vegetais que favoreceriam a espcie de interesse ou o isolado introduzido (Sturz & Nowak, 2000). Por esse motivo, Sturz & Nowak (2000) sugerem que seqncias de culturas podem favorecer o estabelecimento de associaes vantajosas de populaes endofticas bacterianas, levando ao desenvolvimento e manuteno de alelopatias benficas hospedeiro-endfito. A utilizao de rizobactrias em sistemas de produo de cultivos sustentveis requerer estratgias para criar e manter populaes bacterianas benficas dentro das culturas (endfitos) e tambm nos solos em voltas dessas culturas. Como j foi dito neste captulo, o emprego de microrganismos endofticos pode obviar problemas de competio na rizosfera. claro que nada disso impede a busca por isolados bacterianos promotores do crescimento ou eficientes agentes de controle biolgico de fitopatgenos. No entanto, mais provvel que a maioria dos eventos de controle biolgico que ocorram naturalmente seja resultado de mistura de antagonistas e no de um nico isolado. Por isso, misturas de isolados selecionados podem ter melhor resultado que a aplicao de um s (Ramamoorthy et al., 2001). Outro aspecto cuja pertinncia parece maior a cada momento em que o conhecimento e o eventual controle do genoma de inmeros espcies galga com rapidez degraus cada vez maiores a manipulao gentica. Seria desejvel considerar as bactrias no melhoramento de plantas, isto , usar no melhoramento plantas j com capacidade como hospedeiras de bactrias benficas (Sturz & Nowak, 2000). Com isso concordam Rodrguez & Fraga (1999), para quem a manipulao gentica importante e deve ser executvel, na prtica, dirigindo-a para a maior estabilidade do carter considerado. Segundo Atkinson & Watson (2000), relatando as concluses do Encontro para o Estabelecimento de uma Rizosfera Benfica, um dos desafios-chave para o futuro ser ligar a dinmica das populaes rizosfricas, que tm sido melhor entendidas, com a dinmica dos sistemas planta-raiz e sua longevidade. Disso depende o sucesso na inoculao de microrganismos em plantas e o manejo de microrganismos rizosfricos.15


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A microbiota do solo na agricultura orgnica e no manejo das culturas

Captulo 2A Microbiota do Solo na Agricultura Orgnica e no Manejo das CulturasFaustino ANDREOLA ( ) e Silvana Aparecida Pavan FERNANDES ( )1 2

1. IntroduoOs microrganismos so responsveis pelos processos de mineralizao, representando eles prprios uma quantidade considervel de nutrientes potencialmente disponveis para as plantas. Os nutrientes armazenados na biomassa microbiana podem atingir valores equivalentes a 100 kg de nitrognio, 80 kg de fsforo, 70 kg de potssio e 11 kg de clcio por ha. Como a biomassa dos microrganismos reciclada cerca de 10 vezes mais rapidamente que a frao orgnica morta do solo, tem-se que a quantidade de nutrientes presentes nas clulas dos microrganismos muito significativa perante a ciclagem de nutrientes em todo o ecossistema. O fluxo de N e P via biomassa , -1 -1 microbiana, pode alcanar valores equivalentes a 40 e 10-20 kg ha ano respectivamente (Holtz & S, 1995). Em condies ideais, a microbiota do solo permite que os nutrientes sejam, gradualmente, liberados para a nutrio das plantas, sem perdas por lixiviao. A diminuio da microbiota do solo prejudica a fixao temporria dos nutrientes, incrementando suas perdas e resultando no empobrecimento do solo (Hungria et al., 1997). Em ecossistemas clmax, a microbiota encontra-se em equilbrio com o solo, mantendo assim a sua biodiversidade. Todavia, toda e qualquer interferncia do homem sobre aquele ecossistema resulta em quebra do equilbrio e importantes alteraes na microbiota podem ocorrer, nem sempre benficas. Desse modo, o uso de prticas agrcolas, como as que permitem a cobertura vegetal do solo, a incorporao de restos vegetais, a adubao orgnica, a rotao de culturas, o emprego de hmus de minhoca e outras, incluindo dentro desse contexto o plantio direto, pode resultar na melhoria da produtividade associada com qualidade e sustentabilidade.

( ) Pesquisador, Empresa de Pesquisa Agropecuria e Extenso Rural de Santa Catarina S.A., Av. Servido Ferdinando Tusset, s/n, Caixa Postal 791, CEP 89801-970, Chapec, SC. E-mail: [email protected]; 2 ( ) Ps-graduanda, Departamento de Cincia do Solo, ESALQ/USP Caixa Postal-9, 13418-900, Piracicaba, SP , .

1

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Faustino Andreola Silvana Aparecida Pavan Fernandes

A sustentabilidade de sistemas agrcolas 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 rea dar ao solo o melhor manejo possvel, permitindo a manuteno da atividade microbiana e, conseqentemente, os nveis de fertilidade do solo.

2. Microbiota do SoloO solo constitudo das fraes orgnica e inorgnica (rochas e minerais) e habitado por inmeras espcies, formando um ecossistema. Os microrganismos fazem parte do solo de maneira indissocivel, sendo responsveis por inmeras reaes bioqumicas relacionadas no s com a transformao da matria orgnica, mas tambm com o intemperismo das rochas. Assim, os microrganismos do solo desempenham papel fundamental na gnese do solo e ainda atuam como reguladores de nutrientes, pela decomposio da matria orgnica e ciclagem dos elementos, atuando, portanto, como fonte e dreno de nutrientes para o crescimento das plantas. Os microrganismos do solo, tambm chamados coletivamente de microbiota, so representados por cinco grandes grupos: bactrias, actinomicetos, fungos, algas e protozorios. Apesar de constiturem somente 1 a 4 % do carbono total e ocuparem menos de 5 % do espao poroso do solo, a diversidade e a quantidade dos microrganismos bastante elevada. Entretanto, como o solo normalmente um ambiente estressante, limitado por nutrientes, somente 15% a 30% das bactrias e 10% dos fungos encontram-se em estado ativo. Os componentes microbianos vivos do solo so tambm denominados de biomassa microbiana e as bactrias e fungos respondem por cerca de 90% da atividade microbiana do solo. De uma maneira geral, os microrganismos esto envolvidos em vrios processos de grande interesse agronmico, particularmente no que se refere agricultura orgnica e rotao de culturas. Dentre os processos podem ser destacados: a) decomposio e ressntese da matria orgnica, b) ciclagem de nutrientes, c) as transformaes bioqumicas especficas (nitrificao, desnitrificao, oxidao e reduo do enxofre), d) fixao biolgica do nitrognio, e) a ao antagnica aos patgenos, f) produo de substncias promotoras ou inibidoras de crescimento, entre outros.

3. Agricultura Orgnica3.1 Definies A agricultura orgnica da atualidade representa a fuso de diferentes correntes de pensamento. Basicamente, podemos agrupar o movimento orgnico em quatro22


grandes vertentes: agricultura biodinmica, biolgica, orgnica e natural (Ehlers, 1999; Darolt, 2000; Ambrosano et al., 2000). Em complemento, o quadro 1 apresenta os princpios bsicos e particularidades dessas correntes de pensamento que originaram os mtodos de produo. Nos anos 70, o conjunto dessas correntes passou a ser chamado de agricultura alternativa. Esse termo surgiu em 1977, na Holanda, quando o Ministrio da Agricultura e Pesca publicou um importante relatrio, contendo a anlise de todas as correntes no convencionais de agricultura, que foram reunidas sob a denominao genrica de agricultura alternativa. Por fim, j no final dos anos 80 e durante a dcada de 1990, o conceito amplamente difundido foi o de agricultura sustentvel ( Hileman, 1990). De acordo com a literatura, pode-se dizer que a maioria das definies de agricultura sustentvel transmite uma viso que garanta: a manuteno a longo prazo dos recursos naturais e da produtividade agrcola; o mnimo de impactos adversos ao ambiente; um retorno adequado aos produtores; a otimizao da produo com um mnimo de insumos externos; a satisfao das necessidades humanas, atuais e futuras, de alimento e renda e o atendimento das necessidades sociais das famlias e das comunidades rurais (Ehlers, 1999; Darolt, 2000). Em sntese, destaca-se que o ponto comum entre as diferentes correntes que formam a base da agricultura orgnica a busca de um sistema de produo sustentvel no tempo e no espao, mediante o manejo e a proteo dos recursos naturais, sem a utilizao de produtos qumicos agressivos sade humana e ao meio ambiente, mantendo o incremento da fertilidade e a atividade microbiana dos solos, a diversidade biolgica e respeitando a integridade cultural dos agricultores (Darolt, 2000). 3.2 Diversificao e Integrao de Sistemas A agricultura orgnica entende a produo como sujeita aos processos ecolgicos, ou seja, os campos de cultura esto sujeitos a ciclos de nutrientes, interao de pragas e predadores, competio entre culturas e plantas invasoras; o entendimento dessa dinmica complexa a chave de um manejo eficiente. Os sistemas mais diversificados apresentam processos ecolgicos mais completos do que aqueles altamente simplificados, como os sistemas convencionais e em particular os monocultivos (Darolt, 2000, Primavesi, 1997). A diversificao da agricultura pode ser alcanada com um manejo que utilize o policultivo, sistemas agroflorestais, rotaes de culturas, cultivos de cobertura, cultivo mnimo, uso de composto e esterco, adubao verde, mxima reciclagem de matria orgnica, utilizao de hmus de minhoca e outras prticas que podem colaborar em muito como o plantio direto, a integrao de agricultura e pecuria de grandes e pequenos animais, a piscicultura e a recuperao de matas de refgios. Esse tipo de manejo potencializa a reciclagem de nutrientes, melhora o microclima local, diminui patgenos e insetos-praga, elimina determinados contaminantes e conserva melhor a fertilidade do solo e a qualidade da gua ( Primavesi, 1997; Darolt, 2000, Ambrosano et al., 2000).23


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1. Quadro 1 Princpios bsicos e particularidades dos principais movimentos que originaram os mtodos orgnicos de produo. Particularidades Na prtica, o que mais diferencia essa agricultura das outras correntes orgnicas a utilizao de alguns preparados biodinmicos (compostos lquidos de alta diluio, elaborados a partir de substncias minerais, vegetais e animais) aplicados no solo, na planta e no composto, baseados numa perspectiva energtica e em conformidade com a disposio dos astros. No considera essencial a associao da agricultura com a pecuria. Recomenda o uso de matria orgnica, que pode vir de fontes externas propriedade, diferentemente do que preconizam os biodinmicos. Segundo seus precursores, o mais importante a integrao das propriedades e o conjunto das atividades socioeconmicas regionais. Este termo mais utilizado em pases europeus de origem latina (Frana, Itlia, Portugal e Espanha). Segundo as normas uma propriedade biodinmica ou orgnica tambm considerada como biolgica. Na prtica utilizam-se produtos especiais para preparao de compostos orgnicos, chamados de microrganismos eficientes. Esses produtos tm sido comercializados e possuem frmula e patente detidas pelo fabricante. Esse modelo est dentro das normas da agricultura orgnica. Apresenta um conjunto de normas bem definidas para roduo e comercializao da produo, determinadas e aceitas internacional e nacionalmente. O nome agricultura orgnica utilizado em pases de origem anglo-sax, germnica e latina. Pode ser considerado como sinnimo de agricultura biolgica e engloba as prticas da agricultura biodinmica e natural.

Movimento ou corrente

Princpios bsicos

Agricultura Biodinmica (ABD)

definida como uma cincia espiritual, ligada antroposofia, em que a propriedade deve ser entendida como um organismo. Preconizam-se prticas que permitam a interao entre animais e vegetais; respeito ao calendrio astrolgico biodinmico; utilizao de preparados biodinmicos, que visam reativar as foras vitais da natureza, alm de outras medidas de proteo e conservao do meio ambiente.

Agricultura Biolgica (AB)

No apresenta vinculao religiosa. Na sua criao o modelo foi baseado em aspectos scio-econmicos e polticos: autonomia do produtor e comercializao direta. A preocupao era a proteo ambiental, qualidade biolgica do alimento e desenvolvimento de fontes renovveis de energia. Os princpios da AB so baseados na sade da planta, que est ligada sade dos solos. Ou seja, uma planta bem nutrida, alm de ficar mais resistente a doenas e pragas, fornece ao homem um alimento de maior valor biolgico.

Agricultura Natural (AN)

O modelo apresenta uma vinculao religiosa (Igreja Messinica). O princpio fundamental o de que as atividades agrcolas devem respeitar as leis da natureza. Por isso, na prtica no recomendado o revolvimento do solo, nem a utilizao de compostos orgnicos com dejetos de animais.

Agricultura Orgnica (AO)

No tem ligao a nenhum movimento religioso. Baseia-se na melhoria da fertilidade do solo por um processo biolgico natural, pelo uso da matria orgnica. Como as outras correntes, essa proposta totalmente contrria utilizao de adubos qumicos solveis. Os princpios so, basicamente, os mesmos da agricultura biolgica.


A utilizao de leguminosas na agricultura, por sua caracterstica de apresentar simbiose com rizbio e fungos micorrzicos e grande capacidade de explorao do solo, de fundamental importncia tanto para o equilbrio biolgico como para a reciclagem de nutrientes. Com isso, h maior equilbrio nutricional das plantas e maior resistncia do sistema, ao aparecimento de pragas e doenas (Holtz & S, 1995; Ambrosano et al., 2000). Dentro do contexto de uma agricultura menos agressiva ao meio ambiente, tem-se a adubao verde. Com tal prtica possvel recuperar a fertilidade do solo, proporcionando aumento do teor de matria orgnica, da capacidade de troca de ctions e da disponibilidade de macro e micronutrientes; formao e estabilizao de agregados; melhoria da infiltrao de gua e aerao; diminuio diuturna da amplitude de variao trmica; controle dos nematides e, no caso das leguminosas, incorporao do nitrognio ao solo pela fixao biolgica (Ambrosano et al., 2000). As relaes simbiticas mutualsticas com fungos, como por exemplo as micorrizas, so associaes fundamentais na agricultura orgnica. De modo geral, a micorrizao resulta na ao direta do fungo na absoro de nutrientes e indireta na fixao biolgica de nitrognio, mineralizao e/ou solubilizao de nutrientes na micorrizosfera, alm de atuar na proteo contra fungos patognicos (Silveira, 1992). A crescente preocupao com o impacto ambiental da explorao agrcola tem estimulado a adoo de sistemas conservacionistas de manejo do solo. O plantio direto, associado ao retorno de resduos culturais, tem evoludo sensivelmente dentro do conceito de sistema conservacionista. Alguns pontos tm sido freqentemente considerados como relevantes nesse sistema: reduo sensvel das perdas de solo por eroso, aumento da matria orgnica e da fertilidade do solo e menor custo de produo em relao ao preparo convencional (S, 2001). Os sistemas conservacionistas de manejo do solo influenciam a distribuio horizontal e vertical da biota do solo (Arshad et al., 1990). Da mesma forma, a taxa de adio e os tipos de resduos culturais mantidos na superfcie do solo alteram a atividade da biomassa microbiana do solo (Franzluebbers et al., 1994).

4. Manejo das Culturas4.1 Sistemas de manejo e a microbiota do solo At pouco tempo atrs, mais especificamente no auge da chamada revoluo verde, os mtodos de manejo do solo ou de culturas no consideravam a microbiota do solo, com exceo daqueles microrganismos que formam simbiose. A contribuio dos microbiologistas de solo era pouca em decorrncia de que trabalhos levados a efeito com xito em laboratrio no tinham a mesma reprodutibilidade no campo. Todavia, o que se observa atualmente uma tendncia em sentido contrrio, ou seja, o uso cada vez maior de adubao orgnica, adubao verde, prticas de manejo (plantio direto, cultivo mnimo, preparo reduzido), rotao25


de culturas, entre outros, com o intuito de melhorar cada vez mais o ambiente do solo a fim de que um equilbrio entre as populaes de organismos do solo se estabelea e seja mantido, com vantagens para a sustentabilidade da agricultura. No solo a matria orgnica acumulada por meio da biomassa e detritos orgnicos. Em ecossistemas equilibrados os nveis de matria orgnica so determinados pelo balano da produo de biomassa, estabilizao de detritos e a mineralizao dos materiais orgnicos. Quando esse balano rompido pela introduo de prticas agrcolas ou mudanas no sistema de cultivo que alterem os padres de produo primrios, bem como a estabilizao e perda de matria orgnica, os contedos de matria orgnica do solo so modificados. Estes, por sua vez, alteram a estrutura das comunidades e por conseqncia a atividade microbiana do solo. Isto porque existe uma estreita relao entre matria orgnica (quantidade e qualidade) e a biomassa microbiana do solo (Cattelan & Vidor, 1990; Ruedell, 1995). Follet & Schimel (1989) avaliaram a alterao da biomassa microbiana do solo submetido ao manejo com plantio direto, preparo com cobertura morta e pousio. Verificaram que aps dezesseis anos os nveis de biomassa microbiana decresceram para 57, 52 e 36 % para plantio direto, cobertura morta e pousio, respectivamente, em relao pastagem nativa. A atividade microbiana, medida em laboratrio pelo desprendimento de CO , mostrou

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7981055 Livro Microbiota Do Solo e Qualidade Ambiental