Apostila interativa do curso "Fisiologia do estresse e a relação com fitotoxidade de fungicidas"

FISIOLOGIA DO ESTRESSE E A RELAÇÃO COM FITOTOXIDADE DE FUNGICIDAS

Coordenador: Marcelo Grippa Madalosso

Identificar os principais processos de fitotoxidade nas plantas causados por fungicidas, as consequĂŞncias de EROs no crescimento e no desenvolvimento das plantas e como evitar que ocorram.

FUNGICIDAS E AS PLANTAS O controle de doenças na maioria dos cultivos agrícolas tem os fungicidas como estratégia mais eficiente.

O aumento de produtividade está bastante atrelado ao uso de fungicidas quando utilizados de forma correta. Mesmo que anualmente grande quantidade de fungicidas de todos os tipos sejam utilizadas para manejar doenças, uma estimativa média de 35% ainda é perdido pelo ataque de fungos (Bader & Abdel-Basset, 1999) e isso pode estar atrelado ao mau uso das moléculas a campo.

A má utilização das moléculas, além de refletir em problemas de eficácia, pode aumentar os riscos com fitotoxidade de produtos que porventura carreguem consigo um potencial fitotóxico.

Podemos classificar os fungicidas quanto à mobilidade nas plantas em duas categorias principais:

Sistêmicos

Não-sistêmicos

Podemos classificar os fungicidas quanto à mobilidade nas plantas em duas categorias principais:

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Sistêmicos

Não-sistêmicos

• Podem penetrar os tecidos das plantas.

• Podem apresentar movimento translaminar ou apoplástico, o que significa que há movimento das moléculas nos espaços ao redor das células, nas paredes celulares e no xilema através do fluxo acropetal de água • Podem ser translocados na folha a partir de um ponto em direção à ponta da folha e às margens.

• A maioria dos triazóis se enquadram como sistêmicos na planta mas sofrem influência das suas características físico/químicas.

• Com exceção do Fosetil-Al, não há registros de que possuam movimento no sentido inverso, via floema, de forma basipetal como os herbicidas sistêmicos.

A esta categoria pertencem também os mesostêmicos, também chamados de fungicidas de translocação translaminar ou ainda de semi-sistêmicos: • Podem ficar fortemente retidos na cutícula, atingindo a face abaxial da folha, porém apresentam reduzida translocação acropetal em distâncias mais longas, caracterizando, assim, uma atividade localmente sistêmica.

• Possuem maior atividade preventiva com reduzida atividade curativa.

• Exemplos: grande parte das estrobilurinas, algumas carboxamidas e também alguns triazóis podem ser incluídos dependendo das características físico/químicas dos compostos.

Podemos classificar os fungicidas quanto à mobilidade nas plantas em duas categorias principais:

Sistêmicos

Não-sistêmicos

• Formam uma barreira na superfície da planta, impedindo que os esporos germinem e penetrem os tecidos.

• A mínima redistribuição do produto ocorre através da fase de vapor ou pela chuva, mas não há absorção do produto químico através da cutícula.

• Possuem atividade protetora / preventiva com efeito local, necessitando de boa cobertura de deposição de gotas.

• Exemplos: fungicidas cúpricos, ditiocarbamatos e clorotalonil.

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Mecanismos bioquímicos afetados e fitotoxidade de fungicidas Os principais locais de interação de fungicidas com as células da planta são o apoplasto e a parede celular.

Assim como nos herbicidas, especula-se que a absorção dos fungicidas para o interior das células da planta também seja algo possível, porém pouco elucidado ainda.

Os principais processos afetados na planta que refletem a fitotoxidade de um composto químico estão ligado à indução de estresse oxidativo pelo aumento de Espécies Reativas de Oxigênio (EROs), redução na concentração de pigmentos foliares, alteração na atividade fotossintética e indução à peroxidação lipídica, que pode ser relacionada a sintomas necróticos foliares (Marques, 2017).

Indução do estresse oxidativo

Confira como ocorre o estresse oxidativo em plantas

Alguns fungicidas podem induzir estresse oxidativo em plantas graças ao aumento na concentração de EROs nas células. Tais moléculas são altamente reativas e têm a capacidade de oxidar outras moléculas orgânicas, causando danos a organelas celulares e interferindo em processos bioquímicos.

Fruto normal

Fruto atacado por radicais livres

Fruto com estresse oxidativo

Célula normal

Célula atacada por radicais livres

Célula com estresse oxidativo

Em organismos aeróbicos o oxigênio está envolvido em diversos

processos

fisiológicos

de

vários

compartimentos celulares. As moléculas de O2 no seu estado molecular são pouco reativas, não oferecendo risco à célula. No entanto, o O2 pode passar por processo de ativação física ou química e gerar o que chamamos de EROs.

O aumento na produção de EROs é muito relacionado a situações de estresse em que as plantas são submetidas.

No entanto, EROs nas células podem ter papéis diferentes, dependendo da sua concentração.

Quando a quantidade é pequena, EROs podem funcionar como sinalizador e promover efeitos benéficos à planta para seu crescimento e desenvolvimento.

Porém, quando a quantidade de EROs é maior, induzindo um estresse mais severo, danos podem ser gerados e isso poderá refletir em efeitos negativos sobre o crescimento e desenvolvimento das plantas.

Veja as consequências de EROs no crescimento e no desenvolvimento das plantas

A ativação química envolve a transferência de elétrons para a molécula de O2. A primeira EROs formada é o

Confira abaixo a sequência de formação das EROs

ânion superóxido (O2‾·). A rota de ativação química é mais complexa e a partir do O2‾· outras EROs podem ser formadas.

Através

de

dismutação

espontânea

ou

atividade enzimática pode-se ter peróxido de hidrogênio (H2O2). Caso o H2O2 não seja consumido, ele poderá formar radical hidroxila (•OH) pelas reações de Fenton e Herber-Weiss (Sharma et al., 2012).

As EROs podem ser danosas graças à reatividade com moléculas orgânicas. O •OH tem alto potencial oxidativo e ataca rapidamente qualquer macromolécula, levando a danos celulares (Scandalios et al., 2000) e induzindo a peroxidação lipídica, desnaturação proteica e mutação no DNA (Bowler et al., 1992).

Adaptado de Sharma et al. 2012

As plantas possuem um sistema altamente capaz de

Processo de conversão de O2- a H2O2:

reverter danos por estresse oxidativo. Chamamos isso de sistema antioxidante das plantas, essencial nas defesas contra estresses abióticos.

O sistema antioxidante é dividido em sistema enzimático e não-enzimático. No sistema enzimático a maioria das enzimas tem maior facilidade em combater H2O2 (peróxido de hidrogênio) do que outras formas de EROs. Nesse caso, como passo inicial do sistema antioxidante, é fundamental o papel da enzima superóxido dismutase (SOD) que governa o processo de conversão do ânion superóxido (O2-) a peróxido de hidrogênio (H2O2), sendo essas uma das primeiras e mais importantes etapas do processo de defesa.

Ânion superoxido

Peróxido de hidrogênio

Trabalhos têm demonstrado que a atividade da enzima

Nesse caso, podemos inferir que o produto causou

SOD foi aumentando em plantas tratadas com fungicida

estresse na planta evidenciando um efeito fitotóxico

QoI+DMI com potencial de causar fitotoxidade e isso

significativo.

refletiu em aumento de 30% na quantidade de H2O2

Foi verificada também uma maior atividade da enzima

recuperada (confira no gráfico abaixo) (Marques, 2017).

peroxidase (POD), que pode ser vista como uma

Essa maior atividade da enzima pode ser vista como uma

tentativa de resposta e consumo de H2O2 para

resposta à necessidade em combater as EROs.

minimizar seus danos (gráfico a seguir).

Aumento da atividade da SOD em plantas com potencial de fitotoxidade tratadas com fungicida

Maior atividade da POD como tentativa de resposta e consumo de H2O2 para redução de danos

A produção de EROs é algo normal para as plantas e

Produção de EROs e os potenciais danos à célula

ocorre mesmo não estando em situações de estresse agressivo.

Porém, quando o fator estressante se torna mais severo, a planta pode não conseguir combater eficientemente as EROs geradas e o que é produzido se torna superior ao que é consumido, causando um desequilíbrio.

Adaptado de Gill & Tuteja (2010).

Um dos principais danos ocasionados pelo estresse

A peroxidação lipídica é o processo através do qual os

oxidativo, diz respeito à peroxidação de lipídios, ou seja,

radicais livres capturam elétrons dos lipídios nas

a degradação oxidativa dos lipídios - típicas moléculas

membranas celulares tornando os lipídios reativos e

orgânicas formadas por membranas celulares (abaixo).

tornando-os não funcionais (abaixo).

Composição da membrana celular em dupla camada lipídica

CLIQUE IMAGEM PARA AMPLIAR

Ataque aos lipídios por EROs e desencadeamento do processo de peroxidação de lipídios

Composição da membrana celular em dupla camada lipídica

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Uma das espécies reativas mais destrutivas e importantes

A morte de células pode refletir em sintomas necróticos

no processo de iniciação da peroxidação lipídica é o

visuais nos órgãos atacados, principalmente nas folhas,

radical hidroxila (•OH).

no caso dos fungicidas (confira abaixo).

A peroxidação de lipídios envolve diversas etapas que envolvem sequestro de hidrogênios das cadeias de ácidos graxos dos fosfolipídios transformando-os em lipídios reativos e danosos.

Uma das espécies de lipídio mais comumente formada é o malondealdeído. Através desse ataque aos lipídios, são gerados danos às membranas, que perdem sua integridade e podem ser rompidas em situações de estresse severo, seguido de extravasamento do conteúdo celular e morte celular.

Sintomas necróticos de fitotoxidade de fungicida em soja exemplificando a presença de estresse oxidativo e morte celular nas folhas.

Estresse oxidativo e a relação com a concentração de pigmentos foliares

Concentração de clorofilas em soja tratada com trifloxistrobina + protioconazol em condições não favoráveis

O estresse oxidativo induzido pelo fungicida em plantas pode refletir na redução na concentração de pigmentos fotossintéticos que, por sua vez, podem refletir em maior produção de EROs, em um processo em cascata de acúmulos de estresses e intensificação dos danos.

Marques (2017) verificou que trifloxistrobina + protioconazol aplicados sob condições não favoráveis induziram alteração na concentração de clorofilas em plantas de soja (gráficos ao lado). Assim, com menos clorofilas, os complexos antena podem ter sobra de energia luminosa, favorecendo a formação de clorofilas no estado excitado e induzindo à formação de EROs.

Adaptado de Marques (2017)

Marques (2017) verificou também que a concentração de

É importante considerar que a redução no teor de

carotenóides em folhas de soja foi reduzida pela exposição

carotenoides reflete diretamente na capacidade de

das plantas a trifloxistrobina + protioconazol (abaixo).

dissipar o excesso de energia, tornando a planta mais

Concentração de carotenoides em folhas de soja tratadas com fungicida

suscetível à fitotoxidade, principalmente se os produtos forem aplicados em horários com intensa radiação solar.

Clique na figura abaixo para mais detalhes.

Adaptado de Marques (2017)

Os carotenóides são pigmentos fundamentais como forma de dissipação do excesso de energia luminosa e defesa primária contra a formação de EROs por ativação física (excesso de energia luminosa).

Papel dos carotenoides na dissipação do excesso de energia luminosa e na prevenção da formação de EROs Clique nos números para compreender o processo

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Papel dos carotenoides na dissipação do excesso de energia luminosa e na prevenção da formação de EROs Clique nos números para compreender o processo

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Numa situação de excesso de energia luminosa, podem-se formar clorofilas no estado excitado.

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Papel dos carotenoides na dissipação do excesso de energia luminosa e na prevenção da formação de EROs Clique nos números para compreender o processo

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Estas clorofilas podem facilmente reagir com o O2.

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Papel dos carotenoides na dissipação do excesso de energia luminosa e na prevenção da formação de EROs Clique nos números para compreender o processo Forma-se a espécie reativa de oxigênio chamada de oxigênio singleto altamente danosa.

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Papel dos carotenoides na dissipação do excesso de energia luminosa e na prevenção da formação de EROs Clique nos números para compreender o processo

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Os carotenoides podem então dissipar o excesso de energia nas clorofilas excitadas.

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Papel dos carotenoides na dissipação do excesso de energia luminosa e na prevenção da formação de EROs Clique nos números para compreender o processo

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As clorofilas voltam ao estado normal, evitando assim a reação com o oxigênio e a formação de oxigênio singleto.

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Papel dos carotenoides na dissipação do excesso de energia luminosa e na prevenção da formação de EROs Clique nos números para compreender o processo

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Os carotenoides podem dissipar o excesso de energia na forma de calor.

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Implicações no aparato fotossintético Alguns trabalhos têm demonstrado que determinados fungicidas

podem

induzir

danos

ao

aparelho

fotossintético (Saladin et al., 2003; Untiedt & Blanke, 2004; Petit et al., 2008, Marques, 2017).

Outros trabalhos também relatam a alteração nos parâmetros da fluorescência da clorofila (Krug & Miles, 1996; Van Iersel & Bugbee, 1996; Xia et al., 2006, Marques, 2017).

Alguns fungicidas com potencial de causar fitotoxidade em soja podem alterar parâmetros de fotossíntese nessa cultura. O efeito testado evidenciou alterações em

parâmetros

estomáticos.

estomáticos

e

também

não-

No gráfico abaixo, à esquerda, pode-se ver o efeito do

direita) nas plantas expostas ao fungicida também

fungicida na redução da condutância estomática que

demonstra ligação com o fechamento estomático como

demonstra indiretamente a indução ao fechamento de

resposta da planta ao efeito do estresse.

estômatos e, assim, a restrição da oferta de CO2.

Nota-se, então, um estresse significativo gerado pelo

A redução na taxa de transpiração (gráfico abaixo, à

fungicida em condições de aplicações desfavoráveis.

Condutância estomática e taxa de transpiração em soja após aplicação de fungicida DMI+QoI

1 dia

7 dias

1 dia

7 dias Adaptado de Marques (2017)

não-

Parâmetros não-estomáticos, como a eficiência de

estomáticos tem relação direta com a eficiência da

carboxilação da RuBisCo e danos à cadeia de transporte de

atividade fotossintética. Em soja afetada pela fitotoxidade

elétrons que prejudicam o fluxo de elétrons, podem

do fungicida DMI+QoI testado houve redução significativa

também estar relacionados a efeitos do fungicida na

na taxa fotossintética de plantas tratadas comparada ao

redução da taxa fotossintética (Marques, 2017).

A

alteração

nos

parâmetros

estomáticos

e

controle sem fungicida (abaixo).

Taxa fotossintética em soja após aplicação (DAA) de fungicida DMI+QoI com potencial fitotóxico

1 dia

7 dias Adaptado de Marques (2017).

DICA

Quando a fluorescência da clorofila “a” é afetada e o fluxo de elétrons na cadeia transportadora é alterado, tanto energias física como química podem sobrar e induzir a formação de EROs.

Acompanhe no vĂ­deo a seguir um pouco mais sobre o es estresse oxidativo em plantas :

EM RESUMO As EROs são geradas como subprodutos de vias metabólicas localizadas em diferentes compartimentos celulares internos e externos.

Sob condições favoráveis de crescimento, a produção de EROs é baixa. No entanto, diversas fatores podem induzir as plantas a uma excessiva produção de EROs como seca, salinidade, frio, toxicidade de metais, radiação, patógenos e produtos químicos como fungicidas.

EROs em altas concentrações podem causar morte celular. O estresse gerado por fungicidas e o aumento na produção de EROs em soja têm sido correlacionados a fatores que podem conduzir a redução da taxa fotossintética das plantas e comprometer o crescimento e a produção.

• É importante enfatizar que os fungicidas continuarão a ser uma ferramenta essencial para o manejo de doenças e continuarão a desempenhar um papel crucial para alavancar a produção dos cultivos.

• A fitotoxidade não exime a função dessas moléculas. As investigações sobre o assunto devem ser consideradas para produzir dados que sirvam de alerta ao uso inadequado dos fungicidas e assim melhorar tanto a eficácia dos fungicidas como reduzir fitotoxidade.

• Para as empresas, o desenvolvimento de novos compostos com reduzido impacto negativo na fisiologia das plantas sempre é um grande desafio.

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Estudo de caso - Exercício

F

Agora que você já sabe mais sobre estresse oxidativo em plantas, analise a situação a seguir:

Estudo de caso • Os fungicidas são compostos químicos estranhos à planta, não moléculas com padrão reconhecível e integrante de seus processos biológicos. Por isso, a simples presença de um fungicida gera desconforto à planta que, conforme o grau, poderá ser revertido ou se tornar uma fitotoxidade mais agressiva.

• As fitotoxidades de fungicidas não são comuns de acontecerem. O número de moléculas

com

potencial

fitotóxico

restringem-se a poucos produtos que, se bem usados, poderão não causar danos.

• Em soja houve nos últimos anos casos de fitotoxidade

de

alguns

fungicidas

que

geraram um certo alerta para que sejam tomados cuidados na hora de aplicar o produto.

Estudo de caso - Exercício

1. Um produtor necessita fazer uma aplicação de fungicida na soja para manter seu calendário de aplicações e o período não está favorável para pulverizar, com solo seco, alta temperatura, luminosidade, F cultivar super precoce, entre outros. Quais dos fungicidas demandam maior atenção e seriam de alto risco?

Protioconazol e azoxistrobina Benzovindiflupir e picoxistrobina Tebuconazol e protioconazol Picoxistrobina e ciproconazol Fluxapiroxade e epoxiconazol

Estudo de caso – Exercício/ Feedback

x 1. Pelos casos relatados e dados que se tem, os DMI são os fungicidas com maior probabilidade de fitotoxidade em soja.

Entre os DMI há variação do potencial, sendo o tebuconazol, o protioconazol e o metconazol os com maiores riscos.

Estudo de caso • As imagens abaixo representam um tema que ganhou mais importância na cultura da soja em função de casos de fitotoxidade mais agressiva, causando muita queima foliar, indução de senescência e queda antecipada de folhas.

• Tais casos ocorrem governados pelo acúmulo de fatores desfavoráveis, sejam eles, cultivar mais suscetível, produto com maior risco, baixa disponibilidade hídrica no solo, horário de aplicação com temperatura, umidade do ar e luminosidade desfavoráveis, incluindo outros fatores potenciais.

Estudo de caso - Exercício

2. Numa lavoura houve a manifestação de sintomas de fitotoxidade de um fungicida X contendo DMI. Após a aplicação, o período foi seco, com baixo volume de chuvas, alta temperatura e luminosidade. Ao fechar o F lavoura novamente. Considerando que a planta está intervalo entre aplicações, o produtor precisa entrar na em estado de estresses acumulados, que estratégias poderiam ser recomendadas?

Utilizar o produto X novamente pois a planta já adquiriu resistência aos seus efeitos fitotóxicos.

Aplicar o produto X novamente, porém alterar o adjuvante e o tipo de gota utilizada.

Não utilizar o produto X, dar preferência a misturas de estrobilurinas + carboxamidas e aplicar à noite.

Não utilizar o produto X, reduzir o volume de calda e utilizar oxicloreto de cobre associado.

Pode-se utilizar um outro produto contendo DMI, aplicar pela manhã e utilizar gotas finas.

Estudo de caso – Exercício/ Feedback

x 2. Como a planta está com vários estresses acumulados, retirar o DMI da aplicação seguinte seria o mais indicado.

Estrobilurinas

+

carboxamidas

são

fungicidas

menos

agressivos à planta e aplicar à noite ou à tardinha pode coincidir com condições ambientais mais favoráveis.

Estudo de caso - Exercício

1. Um produtor necessita fazer uma aplicação de fungicida na soja para manter seu calendário de aplicações e o período não está favorável para pulverizar, com solo seco, alta temperatura, luminosidade, F cultivar super precoce, entre outros. Quais dos fungicidas demandam maior atenção e seriam de alto risco?

Protioconazol e azoxistrobina Benzovindiflupir e picoxistrobina Tebuconazol e protioconazol Picoxistrobina e ciproconazol Fluxapiroxade e epoxiconazol

Estudo de caso – Exercício/ Feedback

x 1. Pelos casos relatados e dados que se tem, os DMI são os fungicidas com maior probabilidade de fitotoxidade em soja.

Entre os DMI há variação do potencial, sendo o tebuconazol, o protioconazol e o metconazol os com maiores riscos.

Barbosa MR. et al. Geração e desintoxicação enzimática de espécies reativas de oxigênio em plantas. Ciência Rural, 2014; 44(3): 453-460. Disponível online: http://www.scielo.br/pdf/cr/v44n3/a7914cr2013-0032.pdf Petit A-N. et al. Fungicide impacts on photosynthesis in crop plants. Photosynthesis Research, 2012; 111(3):315–326. Disponível online: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11120-012-9719-8

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