Interações entre fungos Interações entre fungos

micorrízicosmicorrízicos arbuscularesarbusculares (FMA) (FMA)

e outros microrganismos da e outros microrganismos da

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCOPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DO SOLO

DISCIPLINA: SEMINÁRIO EM CIÊNCIA DO SOLO IIPROFESSOR: Dr. MÁRIO DE ANDRADE LIRA JÚNIOR

e outros microrganismos da e outros microrganismos da

rizosferarizosfera//micorrizosferamicorrizosfera

MarsílvioMarsílvio Gonçalves PereiraGonçalves PereiraMestrandoMestrando

Profª. Dra. Carolina Profª. Dra. Carolina EtieneEtiene de Rosália e Silva Santosde Rosália e Silva SantosOrientadoraOrientadora

Dra. Ana Dolores Santiago FreitasDra. Ana Dolores Santiago FreitasCoCo--orientadoraorientadora

Fonte:http://invam.caf.wvu.edu/index.html

Fungos Micorrízicos Arbusculares

Quem são?

Microrganismos do solo quecoexistem e interagem com outros microrganismos na rizosfera/micorrizosfera

Fonte: Jackson , R. M. e Mason, P. A. Mycorrhiza. 1984, p. 13 Fig 1b. Diagrama de Micorriza Arbuscular (MA)

Figura 1a. Raiz com MA

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m.c

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ng

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tm, 2

009.

Classificação Filogenética Atual dos FMAs – INVAM, 2009F

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tm

Figura2. Classificação dos FMAs

Fig 3. Esquema de interações rizosféricas benéficas

FMAs

BFBN

RPCP

RIZOSFERA ou RIZOSFERA ou MICORRIZOSFERA?MICORRIZOSFERA?

O QUE É RIZOSFERA O QUE É RIZOSFERA e MICORRIZOSFERA?e MICORRIZOSFERA?

A RIZOSFERA

“a região dosolo que recebe influência direta

das raízes, possibilitando

RR

II

ZZ

OOpossibilitando proliferação microbiana”

Hiltner (1904)

Figura 4. Rizosfera. Proliferação intensa de microrganismos ao redor da Raiz (Ra) formandoa Rizosfera (Ri) - (Andrade & Nogueira, 2005).

OO

SS

FF

EE

RR

AA

A rizosfera/micorrizosfera e seus efeitos na comunidade microbiana – efeito rizosférico

Fig. 7 – Distribuição de grupos microbianos na rizosferaFonte: Adaptado de Bazin et al. 1990 In:Cardoso e Nogueira, 2007.

Fonte: Cardoso e Nogueira, 2007.

Fonte: Cardoso e Nogueira, 2007.

Fonte: Cardoso e Nogueira, 2007.

Gradiente de microrganismos na rizosfera/micorrizosfera

Fig. 8 – A) Número de grupos microbianos morfologicamente distintos e número total de

células determinado por Microscopia Eletrônica de Transmissão em seções ultrafinas de raízesde trevo (Adaptado de Foster, 1986). B) Número de microrganismos na rizosfera e matériaseca de plantas de milho de acordo com a idade da planta (Adaptado de Brasil-Batista,2003).In:Cardoso e Nogueira, 2007.

A MICORRIZOSFERA

“zona de influência das

MM

II

CC

OO

RR

RR influência das micorrizas”

Oswall e Fechau (1968)

RR

II

ZZ

OO

SS

FF

EE

RR

AA

Figura 5. Representação da micorrizosfera

Fonte: Smith e Read,1997

Mecanismo de ação da associação micorrízica

Fonte:Rosendahl, 2008

Figura 6. Esquema de ação das micorrizas – Pereira, 2009.

Áreas de aplicação prática de estudos micorrízicos

Áreas de aplicação prática de estudos micorrízicos

Aproveitamento eficiente de fertilizantes

Estabelecimento de agroecossistemas de produção sustentável

Aumento da produtividade vegetal

MICORRIZA Tolerância a stress hídrico

Regeneração de comunidades vegetais

naturais

Práticas de reflerestamento

Recuperação de solos degradados

Tolerância a patógenosedáficos

Micorrizas Arbusculares

constituem sistema simbiótico com culturas de

interesse agronômico, pastoril e florestal.

aumenta o potencial de

melhora a estrutura do solopor melhorar a aeração epercolação da água(Linderman, 1992).

aumenta o potencial de absorção d’água e de

nutrientes pelo sistema radicular

Fonte: Silva e Colozzi Filho (2007).

Papéis das micorrizas arbusculares no crescimento das plantas

BIORREGULADORA• Substâncias de

crescimento• Relação água-planta

• Alterações bioquímicas

BIOCONTROLADORA• Biocontrole

• Redução de danos• Estresses abióticos

• Alterações bioquímicas e fisiológicas

• Estresses abióticos• Agregação do solo

BIOFERTILIZANTE

• Absorção e utilização denutrientes

• Nodulação e FBN nas leguminosas• Amenização de efeitos diversos• Nutrição balanceada• Disponibilidade de nutrientes

APLICAÇÃO PARA:- Reduzir agroquímicos- Amenizar estresses- Facilitar a revegetaçãoou reflorestamento

Fonte: Siqueira e Klauberg-Filho (2000).

Fatores que influenciam na formação e funcionamento da simbiose MA – micorriza arbuscular

MicotrofiaDependência

Sistema radicular

PropágulosAdaptabilidade

SIMBIOTROFISMO

Assimilados

Nutrientes

FertilidadeOrganismos

Uso e preparoRegime hídrico

DependênciaSistema radicular

Exigência nutricional

Micélio externoEficiência simbiótica

SOLO

Tecnologia:Inoculação

Fungos indígenas(Manejo)

EspécieMelhoramentoBiocidasSistema de cultivo

MA

Fonte: Siqueira e Klauberg-Filho (2000).

. Mudanças na fisiologia do fitossimbionte

Alteração estrutural e bioquímica daAlteração estrutural e bioquímica da

célcél. . hospedhosped. . -- permeabilidade/permeabilidade/plasmalemaplasmalemaAlteração na absorção de minerais do soloAlteração na absorção de minerais do solo

. Mudanças na morfologia e fisiologia da raiz

EFEITO DAS PLANTAS MICORRIZADASEFEITO DAS PLANTAS MICORRIZADASSOBRE AS INTERAÇÕES MICROBIANAS NA RIZOSFERA

Mudanças na microbiota/Interações microbianas

Alteração qual./quant.Alteração qual./quant.--exsudaçãoexsudação Mudanças na partição de Mudanças na partição de fotossintatosfotossintatos p/RZ e PAp/RZ e PA

Mudanças nas concentrações de Mudanças nas concentrações de fitormôniosfitormônios(auxinas,(auxinas,citocininascitocininas))

Aumento da taxa fotossintéticaAumento da taxa fotossintética

célcél. . hospedhosped. . -- permeabilidade/permeabilidade/plasmalemaplasmalema

Alterações Causadas por Fungos Micorrízicos na Rizosfera

Figura - Microscopia eletrônica de varredura mostrando o crescimento microbiano sobre a superfície dobulbo basal e hifa do fungo micorrízico Gigaspora rosea. (Nogueira, 2002).In:: Cardoso e Nogueira, 2007.

IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DAS INTERAÇÕESMICROBIANAS NA RIZOSFERA – FMA E OUTROS

MICRORGANISMOS

(COLEMAN, 1985 apud READ, 1992)

. Melhor compreensão da biologia da rizosfera

. Melhor compreensão da função das interações nos ecossistemas

. Perspectiva de estudo das micorrizas num contexto de coexistência de outras interações complexas na rizosfera

. Potencial de uso na agricultura sustentável

Tópicos atuais da pesquisa sobre interações entre os fungos micorrízicos arbusculares e outros

microrganismos no mundo e no Brasil

Aspecto Situação mundial Situação brasileira Publicação brasileira

Interações biológicas

Interação MA comfixadores de Natmosférico e compragas ainda pouco

Estudos sobreinteração comdiazotróficos eRhizobium em

Paula et al. (1991, 92,93); Silveira et al.(1995); Balota et al.(1995, 97); Hungria etpragas ainda pouco

exploradas. Potencialpara controlebiológico em estudo.

Rhizobium emandamento. Estudode interação MA xpragas atualmenteinexistem.

(1995, 97); Hungria etal. (1997).

(LINDERMAN, 1992; BAREA et al., 1994; BAREA et al.,1997)

Fonte: Siqueira e Klauberg-Filho (2000).

Microrganismos que interagem com FMAs

ActinomicetosActinomicetos

RizobactériasRizobactériasPromotoras de Promotoras de Crescimento de Crescimento de

PlantasPlantas

Bactérias Bactérias Fixadoras de Fixadoras de NitrogênioNitrogênio

FMAsFMAsBactérias da Bactérias da ciclagem de ciclagem de nutrientesnutrientes

Bactérias Bactérias SolubilizadorasSolubilizadoras

de Fosfatode Fosfato

Bactérias Bactérias fitopatogênicasfitopatogênicas

Fungos Fungos patogênicospatogênicos

Nematóides Nematóides fitopatogênicosfitopatogênicos

Interações Microbianas

Mutualismo

Neutralismo Comensalismo

Gra

die

nte

de b

enefí

cio

da e

spécie

B

0+

Competição Antagonismo -Amensalismo

Agonismo(Parasitismo)

Gradiente de benefício da espécie A

Gra

die

nte

de b

enefí

cio

da e

spécie

B

-

- 0 +

Fig – Interações entre espécies. Adaptado de Lewis, 1985 e Johnson

et al., 1997 e França, 2004.

SimbioseSimbiose(Gr. Syn = juntos + bios = vida)

Conceito criado pelo biólogo alemão HenrichAnton de Bary, em 1879, para se referir a

espécies de uma comunidade que apresentam espécies de uma comunidade que apresentam uma relação ecológica próxima e

interdependente.

Comensalismo ParasitismoMutualismo

França, 2004.

Interações complexas

FMAs

MicrorganismosAmbiente

complexas rizosféricos

Planta

Ambiente

Níveis de Interação

Interações Indiretas

Interações diretas

. Colonização rizosférica – nível de formação das interações

. Funcional – nível de desenvolvimento e atividade

. Nutricional – nível do status nutricional da planta

Interações diretasprotocoperação-sintrofismo-sinergismo/comensalismo

• Colonização de Acetobacter diazotrophicus em esporos de Glomus clarum.

PAULA et al., 1991

• Isolaram Azospirilum sp.da superfície esterilizada deesporos de FMA (Glomus fasciculatum, G. intraradices,esporos de FMA (Glomus fasciculatum, G. intraradices,

G. scientillans, G. mosseae, Gigaspora gilmorei,

Endogone dussi.

• Maior atividade da nitrogenase em Azospirillum sp. Isolados de Glomus sp.

TILAK, et al., 1989

• Estes trabalhos sugerem uma intrínsecaassociação espacial no que a bactéria pode utilizaro P e o C do FMA, e o FMA pode transportar Nfixado da bactéria p/a planta.

•• RealizaramRealizaram aa inoculaçãoinoculação dede bactériasbactériascomocomo KlebsiellaKlebsiella spsp..,, umum isoladoisolado(bactéria(bactéria E)E) homólogohomólogo aa BurkholderiaBurkholderia

Interações diretasprotocoperação-sintrofismo-sinergismo/comensalismo

(bactéria(bactéria E)E) homólogohomólogo aa BurkholderiaBurkholderiaee AzospirillumAzospirillum lipoferumlipoferum resultandoresultandoemem aumentoaumento dodo acúmuloacúmulo dede NN nanaparteparte aéreaaérea dasdas plantasplantas dede mandiocamandiocamicorrizadasmicorrizadas emem cercacerca dede oitooito vezesvezesemem comparaçãocomparação comcom asas plantasplantas--controlecontrole nãonão micorrizadasmicorrizadas..

Balota et al., 1997

Fonte: Colozzi-Filho e Nogueira. In: Cardoso e Nogueira, 2007.

Outros microrganismos isolados de esporos e colonizando o micélio de FMAs

Fungos

(Ross & (Ross & DanielsDaniels, , 1982; 1982; CarpenterCarpenter--

BoggsBoggs etet al., 1995)al., 1995)

FMAs

Bactérias

((GerdemanGerdeman & & TrappeTrappe, 1974), 1974)

Actinomicetos

((BhattacharjeeBhattacharjee etetal., 1982 ; al., 1982 ;

CarpenterCarpenter--BoggsBoggsetet al., 1995)al., 1995)

Interações entre FMAs e actinomicetos

•• DemonstraramDemonstraram aa existênciaexistência dede umauma diversidadediversidadedede actinoactino decompositoresdecompositores dede quitinaquitina (ODQ)(ODQ)associadosassociados c/esporosc/esporos dede FMAFMA..

•• DeDe 190190 esporosesporos ((GG.. macrocarpummacrocarpum)) -- 100100 espesp..produziramproduziram -- umauma ouou maismais colôniascolônias dede ODQODQ ((8282%%actinoactino (+(+ StreptomycesStreptomyces));; 1717%% bactbact.. ee 11%% fungo)fungo)

Ames et al., 1989

• ODQ isolados de esporos de FMA:

• 82% - actinomicetos

• Streptomyces;

• Streptosporangium;

• Nocardia.

• 17% - bactérias

• 1% - fungos

Interações entre FMAs e actinomicetos

In: Ames et al., 1989.

Interações entre FMAs e actinomicetos

In: Ames et al., 1989.

Interações entre FMAs e actinomicetos

•• IsolaramIsolaram fungosfungos ee actinomicetosactinomicetos parasitasparasitas dedeesporosesporos dede FMAFMA ((GigasporaGigaspora giganteagigantea)) isoladosisoladosdede dunaduna;;

•• Dos 271 isolados, 44 Dos 271 isolados, 44 sppspp. de fungos + 6 . de fungos + 6 sppspp. . de de actinoactino foram recuperados;foram recuperados;

•• 31 31 sppspp. isoladas foram testadas/parasitismo de . isoladas foram testadas/parasitismo de esporos;esporos;

Lee e Koske, 1994

esporos;esporos;

•• .22 .22 sppspp. funcionaram como parasitas . funcionaram como parasitas --formação formação de projeções internas e canais radiais finos.de projeções internas e canais radiais finos.

•• EstesEstes dadosdados sugeremsugerem queque oo parasitismoparasitismop/fungosp/fungos ee actinoactino podempodem influenciarinfluenciar aadinâmicadinâmica populacionalpopulacional dede esporosesporos dedeFMAFMA..

Interações indiretascompetição-antagonismo-sinergismo

•• AnalizaramAnalizaram quantitquantit..//qualitqualit.. populaçõespopulações dedebactériabactéria ee actinoactino emem vasosvasos c/c/ PanicumPanicummaximummaximum ++ diferentesdiferentes sppspp.. dede FMAFMA;;

•• EvidenciaramEvidenciaram queque aa populpopul.. dede bactériabactéria totaltotal foifoimaiormaior emem plantasplantas colonizadascolonizadas c/c/ GlomusGlomusfasciculatumfasciculatum;; GigasporaGigaspora margaritamargarita eeSSclerocystisclerocystis dusiidusii dodo queque emem plantasplantas nãonão MAMA;;

•• OutrosOutros gruposgrupos microbianosmicrobianos incluindoincluindo BFN,BFN,

Secilia e Bagyaraj(1987) •• OutrosOutros gruposgrupos microbianosmicrobianos incluindoincluindo BFN,BFN,

actinoactino,, gruposgrupos morfológicosmorfológicos ee fisiológicosfisiológicos dedebactbact.. ((gramgram +/+/--,, formadorasformadoras esporos,esporos, hidrolhidrol..uréia,uréia, ee hidrolhidrol.. amido)amido) variaramvariaram c/ac/a spsp.. dede FMAFMA;;

•• AlémAlém disso,disso, bactbact.. hidrolhidrol.. uréiauréia estiveramestiverampresentespresentes nana rizosferarizosfera dede todastodas asas plantasplantas MAMAmasmas ausentesausentes nasnas nãonão MAMA..

(1987)

•• EvidenciaramEvidenciaram umum possívelpossível mecanismomecanismo dedecontrolecontrole dede fitopatologiasfitopatologias viavia MA,MA, atravésatravésdada estimulaçãoestimulação dede microrganismosmicrorganismosantagonísticosantagonísticos rizosféricosrizosféricos..

•• OO estabelecimentoestabelecimento dada MAMA podepode serserinfluenciadoinfluenciado porpor outrosoutros microrganismosmicrorganismos..

•• AspectosAspectos queque sãosão observadosobservados nessesnessesestudosestudos::

Interações indiretasEfeitos de estimulação à formação de MA

•• ((11)) colonizaçãocolonização dada raizraiz (+(+ freqüente)freqüente);;

•• ((22)) germinaçãogerminação dede esporosesporos;;

•• ((33)) crescimentocrescimento dodo micéliomicélio nono solosolo;;

•• ((44)) estimulaçãoestimulação ee afinidadeafinidade dada hifahifainfectivainfectiva p/raizp/raiz;;

•• ((55)) penetraçãopenetração dada raiz,raiz, estabelecimentoestabelecimentodada biotrofiabiotrofia ee expansãoexpansão dodo micéliomicéliosecundáriosecundário dentrodentro ee forafora dada raizraiz

Linderman., 1992

•• DemonstraramDemonstraram pelapela primeiraprimeira vezvez oo efeitoefeitobenéficobenéfico dede actinomicetosactinomicetos isoladosisolados dede esporosesporos dedeFMAFMA ((GlomusGlomus macrocarpummacrocarpum),), sobresobre oodesenvolvimentodesenvolvimento dede MAMA ee crescimentocrescimento dede cebolacebolaemem umum sistemasistema dede solosolo nãonão estérilestéril..

Ames, 1989

Interações indiretasEfeitos de estimulação à formação de MA

•• DemonstraramDemonstraram umauma correlaçãocorrelação positivapositiva entreentreelevadaelevada taxataxa dede germinaçãogerminação dede esporosesporos dede GG..margaritamargarita ee quantidadequantidade dede compostoscompostos voláteisvoláteis(e(e..gg.. geosmingeosmin,, 22--methylisoborneolmethylisoborneol)) produzidosproduzidos porporactinomicetosactinomicetos isoladosisolados dede solosolo ..

Carpenter-Boggs, et al., 1989

In: Ames, 1989.

Interações indiretasEfeitos de inibição à formação de MA

Microrganismos do solo podem também inibir FMA Microrganismos do solo podem também inibir FMA -- esporos esporos quiescentes de FMA podem germinar em alguns solos, mas não em quiescentes de FMA podem germinar em alguns solos, mas não em

outros.outros.

•• MostrouMostrou queque sese solossolos inibitóriosinibitórios fossemfossempasteurizados,pasteurizados, ee aíaí adicionadosadicionados osospropágulospropágulos dede FMA,FMA, osos esporosesporosgerminavam,germinavam, indicandoindicando queque microrganismosmicrorganismosestãoestão envolvidosenvolvidos nana germinaçãogerminação dede esporosesporos..

Tommerup, 1989

•• EvidenciaramEvidenciaram umauma interaçãointeração antagônicaantagônica entreentreStreptomycesStreptomyces cinnamomeouscinnamomeous ee GlomusGlomusfasciculatumfasciculatum;;

•• StreptomycesStreptomyces reduziureduziu produçãoprodução dede esporosesporos eedesenvolvimentodesenvolvimento dada infecçãoinfecção p/p/GlomusGlomus;;

•• GlomusGlomus reduziureduziu aa multiplicaçãomultiplicação dede StreptomycesStreptomyces;;

•• PorPor causacausa dodo antagonismoantagonismo influenciaraminfluenciaram

Krishna et al., 1989

Interações indiretasEfeitos de inibição à formação de MA

•• PorPor causacausa dodo antagonismoantagonismo influenciaraminfluenciaramnegativamerntenegativamernte oo crescimentocrescimento vegetalvegetal ((EleusineEleusinecoracanacoracana

•• EvidenciaramEvidenciaram aa inibiçãoinibição dada germinaçãogerminação dede esporosesporosdede FMAFMA porpor substânciassubstâncias voláteisvoláteis produzidasproduzidasp/p/actinomicetosactinomicetos dodo solosolo;;

•• O fator inibitório age c/menor intensidade sobre o O fator inibitório age c/menor intensidade sobre o crescimento do tubo germinativo do q. sobre a crescimento do tubo germinativo do q. sobre a germinação dos esporos.germinação dos esporos.

•• A maior tolerância do A maior tolerância do GlomusGlomus moseaemoseae pode estar pode estar relacionado a seu ambiente de maior ocorrência relacionado a seu ambiente de maior ocorrência (neutro(neutro--alcalinos) .alcalinos) .

Siqueira, et al., 1985

•• ObservaramObservaram diversasdiversas interaçõesinterações entreentrePseudomonasPseudomonas sppspp.. fluorescentesfluorescentes c/FMA,c/FMA, resultandoresultandoemem aumentosaumentos nono crescimentocrescimento dede raízes,raízes, nodulação,nodulação,absorçãoabsorção ee eficiênciaeficiência dede utilizaçãoutilização dede NN ee PP pelopelofeijoeiro,feijoeiro, quandoquando dada inoculaçãoinoculação conjuntaconjunta c/c/ GlomusGlomus

Interações entre FMAs e RPCP (PGPR)

feijoeiro,feijoeiro, quandoquando dada inoculaçãoinoculação conjuntaconjunta c/c/ GlomusGlomusetunicatumetunicatum;;

•• AA colonizaçãocolonização radicularradicular p/p/ esseesse FMAFMA foifoi reduzida,reduzida,emem relaçãorelação àà testemunha,testemunha, p/inoculaçãop/inoculação dede PsPs--2323--AAee 3434--AA;;

•• SugerindoSugerindo umauma provávelprovável competiçãocompetição entreentrebactbact../FMA/FMA p/exsudadosp/exsudados radicularesradiculares relacionadarelacionada aavelocidadevelocidade dede colonizaçãocolonização..

Silveira et al., 1995

• As interações entre micorrizas e outrosmicrorganismos do solo são de relevante importânciaporque melhoram a nutrição, desenvolvimento eestabelecimento vegetal.

Considerações Finais e Perspectivas

• Inconsistências freqüentemente ocorrem em testes decampo quanto ao uso de microrganismos benéficos dosolo por estimular o desenvolvimento vegetal (ex.FMAxBFNxPGPR) provavelmente devido aosmicrorganismos competidores, associativos ouantagônicos.

• Considerando isso, dois principais grupos deestudos podem ser distinguidos:

• 1) Estudos acerca do estabelecimento demicrorganismos na rizosfera (micorrizosfera);

Considerações Finais e Perspectivas

microrganismos na rizosfera (micorrizosfera);

• 1.1. Pesquisas atuais: dinâmica dacolonização microbiana na interface raiz-solo.

• 1.2. Metodologias importantes:microscopia eletrônica, marcação-antibióticos,imunofluorescência e técnicas isotópicas, técnicasde biologia molecular.

• 2) Estudos acerca dessas interações microbianas como ferramentabiotecnológica para o aumento do desenvolvimento vegetal � modelo dedesenvolvimento agrícola sustentável.

• 2.1. Pesquisas atuais:

• 2.1.1. Avaliação da compatibilidade funcional das interaçõesespecíficas envolvendo FMAs - OMic. - planta – ambiente.

Considerações Finais e Perspectivas

específicas envolvendo FMAs - OMic. - planta – ambiente.

• 2.1.2. Desenvolvimento de biotestes para determinar um modelo deinoculação microbiana conveniente e viável.

• 2.1.3. Avaliação do envolvimento das interações microbianas naciclagem de nutrientes nos ecossistemas - técnicas isotópicas.

• 2.1.4. Biotecnologia - produção de inoculantes microbianos e técnicasde inoculação são aspectos importantes p/pesquisas atuais e futuras -aplicação de biofertilizantes.

“Educação não é o que se guarda na memória, ou mesmo o quanto se

sabe. É ser capaz de distinguir entre o que se sabe e o que não se sabe.

É saber aonde ir para encontrar o que se precisa saber; é enfim, saber

como usar a informação obtida.”William Feather

Obrigado!!