Biological Control Lab

Apresentação

O laboratório de controle biológico de doenças de plantas serve ao desenvolvimento de atividades práticas de ensino, pesquisa e demandas de produtores e empresas ligadas área.

Para a graduação são ministradas duas disciplinas (Fundamentos do controle biológico de doenças de plantas e Controle biológico de doenças de plantas: do laboratório ao campo) e uma disciplina para a pós-graduação (Controle biológico de doenças de plantas), ministrada em colaboração com o Dr. Wagner Bettiol (Embrapa Meio Ambiente).

As pesquisas desenvolvidas no laboratório estão relacionadas ao controle biológico de doenças fúngicas e bacterianas de plantas e as interferências de estresses abióticos e práticas de manejo no desempenho de agentes de biocontrole.

Com a maior adoção do controle biológico por produtores convencionais e o aumento crescente das empresas idôneas e com produtos registrados junto ao Ministério da Agricultura, tem crescido a demanda por assessoria técnica relacionada ao tema. O nosso laboratório presta serviço de avaliação de eficiência e praticabilidade agronômica, desenvolvimento e otimização de produtos para o controle biológico de doenças de plantas. Estamos também buscando adequação do laboratório para, em breve, realizarmos avaliação de qualidade de produtos biológicos (bacterianos e fúngicos) seguindo as metodologias validadas pelo Qualibio da Embrapa Meio Ambiente.

Biocontrole de doenças: conceituação e contextualização

A agricultura se beneficia constantemente com as novas tecnologias desenvolvidas pelo homem. A revolução verde aumentou os patamares de produtividade vegetal e animal mas foi muito criticada pelos impactos ambientais que causaram, resultados da baixa seletividade, alta persistência e volume de ingrediente ativo dos insumos agrícolas adotados na época. Essa pressão mundial por uma produção agrícola responsável levou as iniciativas de pesquisadores pertencentes a instituições públicas e privadas investirem em novos maquinários, novas práticas de manejo, defensivos agrícolas seletivos e menos persistentes, fertilizantes de maior eficiência de absorção, variedades vegetais melhoradas para maior eficiência de uso dos insumos, resistentes a estresses bióticos e tolerantes a abióticos.

Estamos vivendo mais uma constante mudança. O advento da transgenia Bt, por exemplo, levou a uma drástica redução no consumo de inseticidas para o controle de lagartas em milho, algodão e, em breve, soja. Outra tecnologia que tem levado a uma redução no consumo de defensivos agrícolas é o controle biológico. Este tecnologia vem ganhando aceitação não apenas por agricultores orgânicos mas também pelos convencionais.

Assim como a transgenia, ainda é recente o registro de produtos de controle biológico, principalmente aqueles recomendados para o manejo de doenças de plantas. Diversas empresas de pequeno, médio e grande porte estão investindo em pesquisa nessa área para incluir em seu portfólio produtos de controle biológico como ferramenta adicional para o produtor no manejo integrado. Infelizmente, ainda existe um grande desconhecimento por parte dos produtores do modo de armazenamento, forma de aplicação, modo e tempo de ação destes produtos.

O ambiente também regula a eficiência do produto biológico
Cada produto tem suas particularidades, tanto em função do princípio ativo quanto pela formulação mas em geral eles carecem de um cuidado maior que os fungicidas. Os produtos biológico possuem como princípio ativo microrganismos vivos, que, em geral não suportam temperaturas superiores a 45oC, portanto o produtor deve cuidar para que este insumo agrícola seja acondicionado e aplicado em condições que lhes sejam favoráveis à sobrevivência. Em nichos de aplicação como o solo, cultivo protegido e pós-colheita, as condições favoráveis para a boa atuação do agente de controle biológico podem ser mais facilmente atingidas. O solo tem uma capacidade tamponante da temperatura, principalmente se é mantido úmido e com cobertura morta. Já a pós-colheita e cultivo protegido, podemos controlar a temperatura para favorecer tanto a cultura quanto o antagonista ou simplesmente selecionar antagonistas ou produtos comerciais que se adequem bem a condição predominante de umidade, temperatura e luminosidade (pré-)determinados.
Por outro lado, para as aplicações na parte aérea de plantas cultivadas campo devem receber um cuidado especial como a aplicação feita em épocas mais úmidas do ano, no horário mais frio (final do dia), usando produtos que contenham microrganismos e formulações que tenham sido desenvolvidos para este nicho. Uma das particularidades desta formulação especial é a de conter protetor contra raios ultravioleta.

Compatibilidade e interações
Conforme mencionado os produtos de controle biológico são microrganismos vivos. Como tal, apresentam sensibilidade não apenas a condições ambientais desfavoráveis como também a produtos químicos. Muitos agentes de controle biológico são fungos e portanto podem ser sensíveis a fungicidas. Além dos fungicidas, alterações no pH da calda ou solo também pode interferir na eficiência de produtos biológicos. -Muitas bactérias tem crescimento inibido quando o pH é menor que 5,5. Para evitar contra-tempos, as empresas que produzem os produtos biológicos fornecem a informação de compatibilidade de seu(s) produto(s) com a maioria dos defensivos agrícolas usados. Como muitos dos agentes de controle biológico que fazem parte dos produtos comercializados por estas empresas foram obtidos de áreas onde já é feita a aplicação de diversos defensivos agrícolas, muitos deles apresentam resistência a maioria dos produtos. Mesmo quando o produto não é compatível, a separação temporal entre a aplicação do produto biológico e o produto químico compatível pode viabilizar a ação sinergísticas de ambos os produtos como foi demonstrado para o Trichoderma stromaticum (Trichovab) e hidróxido de cobre no controle da vassoura de bruxa do cacaueiro na Bahia (clique para mais detalhes).

Modo de ação dos produtos
Assim como os fungicidas, os produtos biológicos apresentam diversas estratégias para conter o patógeno, não raro, mais de um modo de ação pode estar presente em um mesmo produto. Os principais deles são antibiose, indução de resistência, competição e hiperparasitismo.
Antibiose
Muitos produtos biológicos possuem microrganismos que agem pode antibiose, ou seja, produção de um metabólito (antibiótico ou enzima) que tem ação direta sobre o microrganismo como quitinase que age na degradação da parede celular de fungos que possuem quitina como constituinte de sua parede celular. Um exemplo de produto que age por antibiose é o Paenibacillus lentimorbus MEN2 que controla a mancha aquosa (Acidovorax citrulli) em melão pela inibição do crescimento da bactéria patogênica (clique para maiores detalhes).

Indução de resistência
Microrganismos que agem por indução de resistência produzem uma molécula eliciadora (como oligandrina produzida por Pythium oligandrum) ou possuem algum de seus componentes estruturais (como o lipopolissacarídeo da parede celular de bactérias gram-negativas) que são reconhecidos pela planta por um receptor específico da membrana ou próximo a ela e desencadeiam uma resposta bioquímica intracelular que culmina com a regulação de genes que resultam em um fenótipo de resistência ao patógeno agressor. Não raro esta resposta de indução de resistência é sistêmica e patógeno-inespecífica, ou seja, uma vez a planta "induzida" ela controla doenças incitadas por fungos, bactérias e até mesmo vírus. Um exemplo de genes de planta ativados após o tratamento com Bacillus subtilis UFLA285 podem ser encontrados na seção publicações.

Competição
Alguns microrganismos não produzem metabólitos com atividade direta sobre o microrganismo ou regulam a expressão de genes da plantas mas controlam eficientemente doenças. Estes microrganismos crescem rapidamente ocupando os sítios de infecção do patógeno ou consumindo os nutrientes da superfície vegetal, reduzindo a capacidade saprofítica de patógenos necrotróficos, grupo de fitopatógenos que dependem de nutrientes livres da superfície vegetal para crescerem, produzirem toxinas e enzimas que inibem a atividade biológica vegetal e se nutrem da célula debilitada ou morta. Fungos como Fusarium oxysporum, Verticillium dahliae e Aspergillus flavus são reconhecidamente patógenos mas há variantes que perderam a capacidade de causar doença ou produzir micotoxina mas mantiveram a capacidade de colonização saprofítica do hospedeiro. No Brasil, apenas um destes "falsos patógenos" está sendo registrado. O Aspergillus flavus não produtor de aflatoxina (Aflaguard, Biosphere) pode reduzir em até 100% a produção de aflatoxina.
Há ainda outros fungos saprofíticos miceliogênicos e leveduriformes que agem por competição. O Clonostachys rosea (Kamoi, Agrivalle) pode ser usado para o controle do mofo cinzento (Botrytis cinerea) em diversas culturas. As leveduras são muito usadas em pós-colheita mas ainda não há produto comercial a base de levedura para o controle de doenças de plantas no Brasil.

Hiperparasitismo
Há um grupo de agentes de controle biológico que age como parasito de fitopatógenos, ou seja, agem indiretamente no controle de doenças pela redução do inóculo do patógeno. Geralmente este mecanismo de ação tem grande eficiência quando o patógeno tem ciclo de vida longo e/ou possui estrutura de resistência/sobrevivência como escleródios e estromas. Hoje, o manejo do complexo de lixas do coqueiro (Sphaerodothis acrocomiae e Phyllacora torrendiella) é controlado com sucesso em plantações de coco da empresa Sococo através de Acremonium spp., um parasito de estromas destes patógenos que foram aplicados há 20 anos e se estabeleceram na área. Em geral, esses hiperparasitas são dependentes de alta umidade relativa para colonização eficiente e também são parasitos intrínsecos, ou seja, esses microrganismos parasitam uma gama estreita de patógenos ou estruturas de resistência específicas como a Coniothyrium minitans que parasita escleródios tanto de Sclerotinia minitans quanto S. minor ou parasitos de ovos de nematóides das galhas (Meloidogyne spp.) como Pochonia chlamidosporia.

Combinação de modos de ação em um mesmo produto: a sustentabilidade do sistema
Algumas moléculas produzidas pelos agentes de controle biológico podem ter duplo papel. -A fengicina, por exemplo, um lipopeptídeo produzido por diversas bactérias pode tanto inibir o crescimento de bactérias fitopatogênicas quanto induzir resistência do hospedeiro. Outros podem tanto parasitar estruturas de resistência quanto colonizar o substrato não permitindo o desenvolvimento do patógeno. Exemplos destes são produtos a base de Trichoderma asperellum (Quality, Laboratório de Biocontrole Farroupilha) ou Trichoderma harzianum (Trichodermil, Itaforte) que tanto podem parasitar escleródios de Sclerotinia sclerotiorum quanto colonizarem os restos de cultura, não permitindo a multiplicação do patógeno e, consequentemente, reduzindo o inóculo inicial do patógeno para a safra seguinte.
Quando um antagonista age por apenas um modo de ação, pode-se partir para o uso de misturas. No uso destas misturas deve-se buscar microrganismos que sejam compatíveis in vivo, não produzindo substâncias que possam inibir um ao outro ou consumam as mesmas fontes de nutrientes ou ocupem os mesmo nichos.

Tempo e duração da resposta
Uma grande vantagem de uso do controle biológico no manejo integrado de doenças de plantas é que a pressão de seleção de populações de estirpes do patógeno resistentes são nulas ou muito baixas, diferentemente da maioria dos fungicidas e antibióticos com sítio de ação específicos. Produtos de controle biológico são usados tanto para prevenir a ocorrência da perda de eficiência de defensivos agrícolas quanto para remediá-la.
No entanto, o produtor e assistência técnica devem atentar para o fato que os produtos de controle biológico devem ser aplicados preventivamente, antes que a doença seja observada ou atinja o nível de controle (quando já determinado para uso racional de fungicidas). O uso exclusivamente preventivo dos produtos biológicos é justificado pela necessidade que o antagonista se estabeleça (para aqueles que agem por competição ou hiperparasitismo) e/ou o metabólito por ele produzido possa exercer o controle desejado (antibiose ou indução de resistência).
Uma vez que o produtor decidir usar o controle biológico, mesmo quando usado preventivamente como enfatizamos, os resultados podem não ser tão claramente observados quanto se ele usasse o controle químico ou genético. Os resultados virão com o uso continuado do produto em safras/anos consecutivos no manejo integrado. Seu uso pode ser exclusivo no manejo de doenças de plantas por ser a única solução disponível como o controle de murchas vasculares ou podridões radiculares ou órgão onde não sejam permitidos resíduos de defensivos agrícolas como em doenças pós-colheita. Para outros patossistemas onde haja controle genético e químico eficientes, o uso do controle biológico reduzirá a pressão de seleção, eventualmente o controle de outras doenças que não seriam controladas por estes métodos e ainda benefícios presentes em muitos dos produtos comerciais, similares aqueles efeitos fisiológicos descritos para o uso de estrobilurinas ou eliciadores abióticos de resistência como tolerância ao estresse abiótico (hídrico e salino) bem como aumento da vida de prateleira de produtos e interferência no desenvolvimento de pragas.

Alguns exemplos de benefício e adoção do controle biológico são listados a seguir:

O controle biológico de doenças de plantas...
O tratamento de sementes com agentes de controle biológico pode proporcionar controle de patógenos habitantes do solo ou transmitidos por sementes. No caso ao lado é apresentado o controle biológico do tombamento causado por Rhizoctonia solani. Note que nem todos os produtos biológicos testados apresentaram a mesma eficiência de controle para esta doença, apesar de serem registrados para o controle de outras doenças de plantas.

Agentes de controle biológico podem induzir tolerância a estresse abiótico...
O tratamento de sementes com agentes de controle biológico pode proporcionar a tolerância ao estresse salino. O tratamento de sementes de algodão com Bacillus subtilis GB03 proporcionou aumento na germinação de plantas quando semeada em subtrato contendo alta concentração de cloreto de sódio (100ppm)

A aceitação do controle biológico por produtores convencionais...
O controle biológico vem hoje sendo adotado por produtores convencionais de flores e plantas ornamentais em Holambra (SP). A figura apresenta a produção de lírio do produtor Jan de Wit. Além da produção própria de biofertilizante ele emprega diversos agentes de controle biológico tanto de pragas quanto de doenças no manejo integrado da doença.

A aceitação do controle biológico por produtores convencionais...
Produtor de cebola que passou a usar o Clonostachys rosea (Kamoi) e hoje consegue produção economicamente viável mesmo com a presença de Sclerotium cepivorum no município de Ibiuna (SP)

Quem Somos

Da esquerda para a direita: (frente)Henrique Ferro, Edgar Zanotto, Priscilla Pereira, Débora, Cyntia Aon, Lidia Almeida, Alexandre Soares, Darlan Balbino, Rodolfo Teixeira, (trás) Felipe Moretti, André Carvalho, Flávio Medeiros, Stefany Martins, Dayana Botrel, Samuel Martins, Marie Laborde, Larissa Rezende

Grupo do café: controle biológico da ferrugem e mancha aureolada
Discentes de doutorado: Gilvane Carvalho (co-orientada)
Discentes de mestrado: Dayana A. Botrel, Marie Laborde e Felipe Pinto (co-orientado)
Alunos de iniciação cientítica: Alexandre C. Soares e Rodolfo Teixeira

Grupo de feijão: controle biológico da murcha de curtobacterium e tombamento
Discente de doutorado: Samuel J. Martins
Discente de mestrado: Stefanny A. Martins
Aluno de iniciação científica: Darlan B. C. Santos

Pós-colheita: controle biológico de grãos ardidos
Discente de mestrado: Edgar Zanotto
Discente de iniciação científica: Cyntia Aon e Débora

Fermentação
Doutorado: Henrique Ferro (co-orientado)
Mestrado: Larissa Resende (co-orientada), André Carvalho (co-orientado)
Iniciação científica: Lidia A. Salum

O que Fazemos

Atuação
Ensino, pesquisa e extensão em controle biológico de doenças e aspectos moleculares da interação de agentes de biocontrole, plantas e fitopatógenos.

Ensino

GFP111. Fitopatologia 3: Manejo de doenças de plantas
O curso propõe uma abordagem holística do manejo de doenças de plantas, pela abordagem de métodos clássicos de controle, como rotação de culturas, até métodos culturais e moleculares para monitoramento de resistência na tomada de decisão para o manejo de doenças de plantas. Inicialmente, serão apresentados os principais tipos de controle (físico, biológico e alternativo, químico, genético, legislativo e cultural) e a variabilidade de fitopatógenos, com ênfase especial para suas implicações nos controles químico e genético. Na segunda parte da disciplina serão abordados estudos de casos  concretos do emprego de diferentes tipos de controle no manejo de doenças causadas por fungos habitantes do solo, transmitidos por sementes e mudas, causadores de doenças foliares ou pós-colheita. Ao término da disciplina, os alunos serão levados a propriedades agrícolas onde poderão conhecer as diferentes estratégias de manejo adotadas por cada uma. A disciplina é ofertada para os cursos de: ciências biológicas, agronomia e engenharia florestal que tenham cursado ou estejam cursando GFP102 Fitopatologia 2 (Co-requisito).

GFP120. Fundamentos do controle biológico de doenças de plantas
O conteúdo da disciplina está relacionado ao manejo de doenças de plantas através do uso de agentes de controle biológico, bem como cultivo e formulação destes agentes e a possibilidade de aplicação destes na agricultura orgânica e convencional.
A matéria é dirigida para estudantes de Graduação em Agronomia, Ciências Biológicas, Engenharia Florestal, Engenharia Ambiental e outros interessados. Como pré-requisito o aluno deve ter cursado GBI 111 Microbiologia ou GBI 132 Microbiologia Geral.

GFP121. Controle biológico de doenças de plantas: do laboratório ao campo
O conteúdo da disciplina está relacionado ao manejo de doenças de plantas através do uso de agentes de controle biológico, bem como cultivo e formulação destes agentes e a possibilidade de aplicação destes na agricultura orgânica e convencional. A matéria é exclusivamente prática, ofertada apenas no primeiro semestre letivo e dirigida a estudantes de Graduação em Agronomia, Ciências Biológicas, Engenharia Florestal, Engenharia Ambiental e outros interessados. Como pré-requisito o aluno deve ter cursado GBI 111 Microbiologia ou GBI 132 Microbiologia Geral.

PFP517 Controle biológico de doenças de plantas

Pesquisa bibliográfica

Seminários da pós-graduação em fitopatologia

Extensão
Auxílio nas atividades do Núcleo de Estudos em Fitopatologia, na oferta de cursos de extensão, palestras e na organização de eventos técnicos para a comunidade acadêmica em geral.
Assessoria a empresas e produtores em aspectos relacionados à avaliação de eficiência agronômica de produtos biológicos e, em breve, avaliação de qualidade de produtos biológicos através da metodologia do qualibio.

Pesquisa
Prospecção de bactérias e fungos com potencial para o controle de doenças de plantas bem como a determinação de mecanismos de ação e interações predominantes, conforme interesses específicos.

Interesses de pesquisa do grupo de controle biológico de doenças de plantas
Produção massal e formulação de agentes de biocontrole: seleção de fontes de nutrientes para redução de custos e máxima produção de células de fungos e bactérias agentes de controle biológico de doenças de plantas;
Busca de veiculos e aditivos para manutenção da vida de prateleira e maximização e consistência da eficiência de produtos biológicos.
Biocontrole de doenças bacterianas. Temos interesse particular no biocontrole da murcha de curtobacterium (Curtobacterium flaccumfaciens subsp. flaccumfaciens) em feijão.
Biocontrole de doenças pós-colheita de grãos e micotoxinas em milho.
Interações entre agentes de biocontrole, o ambiente (estresses abióticos) e práticas agrícolas (fungicidas e indutores de resistência, bactérias fixadoras de nitrogênio)

Fotos