Tecnologias Biológicas para Agricultura Regenerativa
Cartilha de Instrução - 2022
Te c n o l o g i a s B i o l ó g i c a s p a r a A g r i c u l t u r a R e g e n e r a t i v a
Conteúdo História da Agricultura Regenerativa da Scheffer ..................................................... 5 O que é Agricultura Regenerativa?............................................................................... 6 Práticas Regenerativas na Scheffer............................................................................. 8 Microrganismos do Solo ................................................................................................ 9 Rizosfera .......................................................................................................................... 11 Seleção e Produção de Agente de Controle Biológico..........................................12 Promoção de Crescimento das Plantas...................................................................13
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Fungos Micorrízicos Arbusculares (FMAs)...............................................................14 Bactérias Fixadoras de Nitrogênio............................................................................15 Bactérias Promotoras de Crescimento de Plantas.................................................16 Principais Bactérias de Uso Agrícola........................................................................ 17 Fungos Entomopatogênicos.....................................................................................19 Principais Fungos Entomopatogênicos.................................................................. 20 Vantagens da Utilização de Biodefensivos............................................................. 22 Cuidados com os Biodefensivos.............................................................................. 22 Fatores que Influenciam na Eficiência do Biológico.............................................. 23 Fatores que Podem Interferir na Aplicação............................................................ 23 Estratégia de Aplicação............................................................................................. 24 Compatibilidade entre Agentes Biológicos e Agroquímicos............................... 25 Produção de Biodefensivos no Laboratório........................................................... 26 Produção de Biodefensivos na Indústria de Produtos Biológicos....................... 27 Glossário..................................................................................................................... 28 Referências Bibliográficas......................................................................................... 30 Anotações....................................................................................................................31
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História da Agricultura Regenerativa da Scheffer Uma família de agricultores que há mais de 30 anos cultiva uma relação profunda com a terra e que de uns tempos para cá partiu em busca de um novo jeito de fazer agricultura. Com aproximadamente 200 mil hectares de área cultivada e 9 unidades de produção, distribuídas entre os estados de Mato Grosso e Maranhão, com presença também na Colômbia, produzimos soja, milho, algodão, além de atuar na pecuária. Estamos entre as principais produtoras do Brasil e, desde que começamos esta jornada de transformação na fazenda Três Lagoas (MT), já conseguimos reduzir a aplicação de químicos nas lavouras de soja e algodão, mantendo a sua produtividade e atualizando constantemente nossos percentuais de redução a cada área plantada. Estamos trabalhando para em alguns anos nos tornarmos um agronegócio totalmente regenerativo.
Com a preocupação dos sócios da empresa em relação ao jeito de produzir, se iniciou uma jornada baseada na busca de ações que priorizassem a saúde do solo, para agir na causa dos problemas existentes e dos que surgem a cada safra, proporcionar equilíbrio biológico do solo, possibilitar uma agricultura com maior resiliência aos estresses bióticos e abióticos e contribuir com a baixa emissão de carbono. Para a Scheffer, a sustentabilidade é essencial para a longevidade do seu negócio, com o desejo de mudar as práticas agrícolas e entendendo que o solo é um bem muito precioso, ela começou a pesquisar novas alternativas e tecnologias que pudessem recuperar a vida no solo, aprimorando as técnicas que foram desenvolvidas até hoje. Com a realização de benchmarking com o empresário Leontino Balbo Junior, case de sucesso na produção orgânica de cana-de-açúcar, e consultoria da Dr.ª Elaine Ingham (Oregon, EUA), especialista em microbiologia do solo — com a finalidade de entender e garantir uma teia alimentar do solo saudável para promover o crescimento das plantas —, compreendeu-se que era possível aplicar práticas regenerativas na agricultura em larga escala, atuando de forma consciente, pensando nas gerações futuras e na longevidade do negócio.
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FALAR DO FUTURO É OLHAR PARA ONDE PISAMOS
O que é Agricultura Regenerativa? A Agricultura Regenerativa é um conjunto de ações que priorizam a saúde do solo, sua biologia e biodiversidade, criando plantas mais resilientes, além de contribuir para uma agricultura de baixa emissão de carbono.
O solo é um ambiente multifuncional e complexo que abriga uma variedade surpreendente de organismos vivos. Um único grama de solo possui milhares de microrganismos de diferentes espécies, entre milhões de bactérias, actinomicetos e fungos, além de diversas espécies de macrorganismos. Esses organismos não só usam o solo como habitat e fonte de energia, mas também contribuem para sua formação, constituindo-se, juntamente com o material de origem, clima, relevo e tempo, em um dos cinco fatores de formação do solo.
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A atividade biológica dos solos desempenha papéis fundamentais na transformação, acumulação e transferência de muitos compostos, sendo fundamentais para ciclagem de nutrientes, como nitrogênio ou fósforo, e para o funcionamento dos ecossistemas. Entre outras atividades, os organismos podem controlar a troca de gás carbônico com a atmosfera, participando assim do sequestro de carbono no solo e contribuindo para que seja o segundo maior reservatório de carbono do planeta, sendo os oceanos o primeiro. Com o objetivo de recuperar e cuidar da saúde do solo, a Agricultura Regenerativa tem como principais práticas a redução no uso de químicos e a revitalização da biologia e biodiversidade do solo. Um solo mais fértil e saudável contribui para uma agricultura de baixa emissão de carbono. Para isso, tem como linha de atuação: • Substituição de produtos químicos por biológicos para controle de pragas e doenças • Plantio direto • Utilização de fontes alternativas de fertilizantes • Uso de palhada para cobrir o solo • Cultivo de culturas de cobertura • Compostagem • Plantio em curvas de nível • Rotação ou sucessão de culturas • Descompactação do solo • Cultivo de microalgas • Criação de microhabitats ou corredores biológicos • Criação de abelhas • Produção e aplicação de biochar Para atingir esses objetivos, a Scheffer investiu na formação de uma equipe interdisciplinar e renomada com a contratação de doutores em ciência do solo, mestres em ciência do solo, especialistas em biotecnologia e bioprocessos, biólogos, engenheiros de produção, agrônomos, pesquisadores e técnicos agropecuários, que reciclam constantemente seus conhecimentos científicos e trazem inovações para a empresa. Além disso, a Scheffer investe constantemente no desenvolvimento de pesquisas e na capacitação da equipe envolvida no projeto, com a participação em cursos, treinamentos e congressos. Em relação à infraestrutura, a empresa investiu na construção de um Laboratório específico para a pesquisa de microrganismos; uma Indústria de Produtos Biológicos, com tecnologia de ponta para produção e armazenamento de produtos biológicos, com capacidade produtiva de 75000 litros por semana; e da Estação de Tratamento de Efluentes Industriais (ETEI), onde todos os resíduos gerados no processo de produção dos microrganismos são tratados, a água purificada resultante do processo é direcionada para os aspersores que fazem a irrigação do jardim nas dependências da Indústria de Produtos Biológicos. Já o resíduo sólido passa pela decomposição térmica (pirólise) gerando o biochar, ou biocarvão, que pode melhorar as propriedades físicas, químicas e biológicas do solo, assim como para mitigar as emissões de gases de efeito estufa. Assim, a Scheffer utiliza 100% dos resíduos, o que torna o processo ainda mais sustentável. Inicialmente, o projeto da Scheffer realizou uma série de experimentos, como: i) a utilização de casquinha de algodão e cama de frango como adubos orgânicos; ii) a aplicação de rochas naturais como fonte de fosfato e potássio; iii) a multiplicação on farm de microrganismos benéficos, que foram aprimorados ao longo do tempo. Hoje, a empresa já aplica um conjunto de práticas sustentáveis (tabela 1) que segue em constante evolução. No começo, os testes foram feitos em uma área de 480 hectares e, com o desenvolvimento e aperfeiçoamento dessas técnicas, foram expandidos para 4.040 hectares. Desse modo, a Scheffer é uma empresa pioneira em aplicar essa prática na produção de grãos e algodão em larga escala e a primeira no Brasil a ser certificada pelas práticas de Agricultura Regenerativa.
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Práticas Regenerativas na Scheffer
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PRÁTICAS AGRÍCOLAS SUSTENTÁVEIS
BREVE DESCRIÇÃO
Sistema de Plantio Direto
Técnica de cultivo conservacionista em que o plantio é efetuado sem as etapas do preparo convencional do solo, como aração e gradagem e mantendo os resíduos das safras anteriores na superfície do solo, como cobertura morta.
Sistema de Rotação ou Sucessão de Cultura
O sistema de produção utilizado é a semeadura da soja na primavera seguida pelo cultivo do algodão ou milho no verão, estabelecendo um duplo cultivo no ano, na mesma área. Através deste sistema os benefícios do plantio direto são otimizados, conservando ou melhorando continuamente o ambiente.
Produção e Aplicação de Biodefensivos
Com uma estrutura própria para pesquisas no campo da microbiologia em um Laboratório e na Indústria de Produtos Biológicos com biorreatores de última geração para produção de microrganismos benéficos (promotores de crescimento de plantas, nematicidas, biofungicidas e bioinseticidas) para redução do uso de insumos químicos e/ou substituição por produtos biológicos para o controle de pragas e doenças.
Produção e Utilização de Biochar
Os resíduos sólidos oriundos da Indústria de Produtos Biológicos são submetidos à pirólise, utilizando o calor de sua caldeira, transformando-os em biochar, um biocarvão que melhora as propriedades físico-químicas e biológicas do solo.
Desenvolvimento e Aplicação de Húmus na Forma de Composto Orgânico
Um programa de compostagem iniciado em 2017 para controlar diferentes tipos de resíduos dos processos de beneficiamento de grãos, fibras e multiplicar organismos benéficos do solo, seguindo a metodologia proposta pela Dr.ª Elaine Ingham.
Utilização de Fontes Alternativas de Fertilizantes
Utilização de rochas naturais como fontes alternativas de fósforo e potássio.
Agricultura de Precisão
Aplicação de Fertilizantes e Corretivos em Taxas Variáveis: Aplicar fertilizantes nas doses adequadas e no lugar certo, aumentando a eficiência dos insumos e o potencial produtivo das culturas. Aplicação de Herbicida em Taxas Variáveis Orientadas por Sensores: A Scheffer atualmente possui 6 pulverizadores com tecnologia de infravermelho embarcada, como por exemplo weedseeker e weedit. Esses sensores permitem identificar instantaneamente a planta invasora e aplicar o produto apenas onde há o problema. Levantamento Planialtimétrico com Drones: Realização de levantamento da variação de altitude nas unidades de produção com o objetivo de planejar a direção das linhas em que são executadas as operações agrícolas, para reduzir o risco de erosão do solo. A semeadura de soja, algodão e milho são realizadas em curvas de nível.
Cultivo de Microalgas
As microalgas possuem altas taxas de fixação de carbono e, portanto, o seu cultivo é de uma alternativa viável para mitigação das emissões de gases de efeito estufa. O projeto-piloto possui capacidade de 20.000 litros de cultivo de microalgas, as quais são mais eficientes na absorção de CO₂ do que muitas árvores adultas, podendo ser posteriormente utilizadas na produção de biofertilizantes ou para melhorar a saúde do solo, pois ativam inúmeros microrganismos e armazenam o carbono sequestrado no solo.
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Criação de Microhabitats ou Corredores Ecológicos
Promover a ligação entre a lavoura e o cerrado natural através da restauração de fragmentos do cerrado e do plantio de faixas de vegetação, garantindo assim a manutenção dos processos ecológicos nas áreas de transição e possibilitando o abrigo de insetos e o deslocamento da fauna e flora.
Criação de Abelhas
As abelhas desempenham um enorme serviço ecológico ao promoverem a polinização das plantas, contribuindo com a biodiversidade e com a produção dos alimentos. Foram instaladas 60 caixas de abelhas sem ferrão compostas de 4 espécies de enxames que totalizam uma população média de 60 mil indivíduos. Além dessas, também foram instaladas 150 caixas de abelhas com ferrão, com estimativa de enxames que totalizam mais de 6 milhões de indivíduos.
Instalação de Casas para Passarinhos
Distribuição de casinhas de madeira nas áreas de eucalipto e no cerrado (divisa com os talhões), que servirão de refúgio ou abrigo onde os pássaros poderão fazer seus ninhos.
Microrganismos do Solo Não existe nada em toda a natureza que é mais importante ou que mereça mais atenção do que o solo. Em verdade, é o solo que faz do mundo um meio ambiente amigável para os seres humanos. É o solo que alimenta e fornece para toda a natureza; toda a criação depende do solo que é a base de nossa existência. Friedrich Albert Fallou, 1982
NOSSA TRANSFORMAÇÃO COMEÇA NO SOLO 9
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O solo é um sistema complexo e muito dinâmico e constitui um excelente habitat para populações microbianas. Entretanto, quaisquer organismos que construíram seu habitat, tiveram que criar múltiplos mecanismos para lidar com a variabilidade na umidade, temperatura e mudanças químicas, de modo a sobreviver, funcionar e multiplicar-se. À distância de 1 mm no solo, ele pode variar de ácido para básico, de úmido para seco, de aeróbico para anaeróbico, de reduzido para oxidado, e de rico em nutrientes para pobre em nutrientes. Juntamente com a variabilidade espacial, há variabilidade temporal, de modo que os organismos desse ambiente devem ser capazes de se adaptar rapidamente a condições diferentes e mutáveis. A diversidade genética das comunidades é então fundamental para garantir a continuidade dos processos, uma vez que ela também ocasiona diversidade funcional: a mesma função é executada por diferentes espécies, o que denomina-se redundância funcional. Além disso, uma mesma espécie pode ter várias funções (ou seja, cada espécie pode participar de diferentes processos). A redundância funcional contribui para a estabilidade dos ecossistemas. Assim, solos com comunidade diversa de organismos são mais resilientes, ou seja, recuperam-se melhor dos estresses porque, quando condições ambientais se tornarem adversas para uma ou mais populações que executam o mesmo processo, outras populações adaptadas àquela nova condição ambiental poderão substituí-las na realização do mesmo processo, garantindo assim sua continuidade. O funcionamento do ecossistema envolve, portanto, a presença de resíduos de plantas e animais, além de uma vasta diversidade de microrganismos com variadas estruturas físicas e composições químicas em interação com as raízes presentes no solo. Os microrganismos ali presentes são responsáveis por inúmeras reações bioquímicas como as que envolvem a transformação da matéria orgânica e o intemperismo das rochas, estando envolvidos desde o processo de formação dos solos à ciclagem e regulação de nutrientes. Em geral, nos solos estão presentes bactérias, actinomicetos, fungos, algas e protozoários. Além dos microrganismos é possível encontrar outros organismos que constituem a fauna, como nematoides, minhocas e artrópodes — principalmente insetos, ácaros, colêmbolas, chetopodos, tatuzinhos, formigas, centopeias e aranhas.
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Rizosfera
A comunidade microbiana promove:
Colonização da rizosfera por vários
•
O crescimento das plantas
microrganismos e secreção de substâncias
•
Aumento do número de flores, maçãs e produção de algodão em caroço
promotoras de crescimento de plantas.
•
Redução da severidade de doenças
A sobrevivência e a produtividade das culturas são extremamente dependentes da capacidade das plantas se adaptarem às condições ambientais. Essa adaptação é resultado das interações entre o sistema radicular das plantas e os componentes bióticos e abióticos do solo. A rizosfera é a região do solo que sofre influência das raízes, compreende desde a superfície radicular até uma distância de 5mm, ou seja, é o solo que envolve todo o sistema radicular e onde ocorre grande liberação de exsudatos radiculares elaborados pelas plantas. Estes exsudatos podem estimular, inibir ou afetar a atividade dos microrganismos do solo. Trata-se de um ambiente muito rico em nutrientes e, consequentemente, em uma grande diversidade de microrganismos, cada um desempenhando um ou múltiplos papéis no solo. Muitos destes microrganismos já foram estudados por cientistas e são conhecidos por promoverem o crescimento de plantas, especialmente em termos de melhorias da fertilidade do solo, solubilizando fosfato, estimulando o crescimento radicular, disponibilizando nutrientes ou controlando pragas e doenças. O crescimento e a produtividade das plantas são fortemente influenciados pela diversidade microbiana do solo, especialmente pelas interações entre as raízes das plantas e os microrganismos nele presentes. A preservação e cuidado com a saúde do solo é de fundamental importância.
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Seleção e Produção de Agente de Controle Biológico Para a seleção de microrganismos rizosféricos e sua utilização na promoção do crescimento de plantas ou no controle de doenças ou insetos-pragas, são necessários uma série de estudos científicos que levam em consideração inúmeros fatores até o desenvolvimento do produto biológico.
ISOLAMENTO DO MICRORGANISMO
TESTES PARA DETERMINAR
• População microbiana indígena
condições
BIOFERTILIZANTES OU BIODEFENSIVOS
• Seleção de organismos promotores de
• Patogenicidade para a planta e outros
crescimento
organismos, inclusive humanos
• Fitoestimuladores
• Idetificação por técnicas moleculares e
• Persistência no solo
• Supressores de doenças
culturais
• Compatibilidade com práticas agrícolas
• Benefício para a planta sob várias
estabelecidas
EFEITOS / BENEFÍCIOS • Aumento do crescimento das plantas
CONDIÇÕES PARA O SUCESSO
• Rendimento aumentado
• Beneficiar o crescimento das plantas
• Diminuição na incidência de doenças
• Persistir e proliferar no ambiente
• Controle de insetos-praga
• Ser compatíveis com as culturas
• Redução no uso de insumos agroquímicos
• Superar a concorrência
• Sustentabilidade ambiental
• Controlar doenças ou insetos-praga
De maneira geral, o desenvolvimento do agente de controle biológico (biofertilizante ou biodefensivo), consiste no isolamento de microrganismos da rizosfera da planta de interesse, os quais são identificados de acordo com sua morfologia ou através de técnicas moleculares. Em seguida, estes microrganismos são submetidos a diferentes testes que avaliam sua capacidade de promover o crescimento de plantas, seja pela produção de fitoestimuladores, solubilização de nutrientes ou supressão de doenças. Após testes gerais, os microrganismos são submetidos a testes mais específicos a fim de determinar sua eficiência como agente de controle biológico, além disso, eles são submetidos a testes toxicológicos para verificar se ocasionam doenças em animais ou humanos, o que impediria sua utilização. *Todos os microrganismos utilizados na Scheffer são benéficos, com eficácia e segurança comprovadas cientificamente por vários pesquisadores em diversos países.
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Promoção de Crescimento das Plantas Os principais mecanismos de promoção de crescimento das plantas incluem a capacidade dos microrganismos de suprimir doenças (biocontrole), aumentar a disponibilidade de nutrientes (biofertilização) e a produção de hormônios vegetais (fitoestimulação). Os pesquisadores comprovaram que os microrganismos do solo possuem multifuncionalidade, ou seja, eles desenvolvem diferentes funções no solo. Entretanto, o plantio consecutivo das mesmas culturas, assim como as práticas culturais podem afetar negativamente a microbiota do solo e suas funções. Os exsudatos radiculares de uma única espécie de planta, por exemplo, podem causar alterações nas características do solo, como pH e disponibilidade de carbono, impactando a diversidade e a atividade das populações microbianas. Assim, a adoção de práticas de agricultura regenerativa, que melhora a saúde do solo, bem como a adição de microrganismos benéficos é de extrema importância para garantirmos uma boa produtividade das lavouras. Como microrganismos identificados com alto potencial de uso na agricultura estão os fungos micorrízicos, as bactérias fixadoras de nitrogênio, promotoras de crescimento de plantas e os microrganismos agentes de biocontrole que possuam ação fungicida, bactericida, nematicida ou inseticida.
FUNGOS MICORRÍZICOS
BACTÉRIAS PROMOTORAS DE CRESCIMENTO DE PLANTAS
BACTÉRIAS FIXADORAS DE NITROGÊNIO
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Fungos Microrrízicos Arbusculares (FMAs) Os FMAs são fungos de ocorrência natural e generalizada nos ecossistemas, estes organismos formam uma relação simbiótica com mais de 90% das espécies de plantas. Os FMAs ampliam a zona de absorção das raízes e, em troca, recebem os carboidratos necessários para completarem seu ciclo de vida. Essa simbiose é denominada Micorriza Arbuscular e originou-se há cerca de 450 milhões de anos, quando as plantas começaram a transitar do ambiente aquático para a superfície terrestre. Os fungos micorrízicos desempenham um papel de fundamental importância no solo, tendo como principais benefícios: • Promove o crescimento das plantas; • Aumenta a absorção de água e nutrientes: fósforo (P), cobre (Cu), zinco (Zn), nitrogênio (N); • Reduz a necessidade de fertilizantes; • Aumenta a resistência das plantas contra pragas e doenças, reduzindo a entrada de fitoquímicos; • Aumenta a resistência das plantas a estresses abióticos (seca, salinidade, esgotamento de nutrientes e presença de metais pesados); • Micorrizas produzem 25 mil quilômetros de hifas por metro cúbico de solo, o que favorece a nutrição e saúde das plantas e melhora a estrutura e estabilidade do solo; • As hifas contribuem também para a estruturação e estabilidade de agregados nos solos, tanto pelo emaranhado de hifas quanto pela liberação de glomalina.
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Bactérias Fixadoras de Nitrogênio A fixação biológica do nitrogênio (N) é realizada por determinadas bactérias fixadoras de nitrogênio, que possuem a enzima nitrogenase. As bactérias fixadoras de (N) podem ser: • Simbióticas: Estabelecem simbiose com plantas leguminosas levando à formação de nódulos radiculares. Como exemplo podemos ter a simbiose entre a soja e Bradyrhizobium elkanii. • Associativas: As bactérias estabelecem associações com plantas, geralmente gramíneas, colonizando a superfície radicular ou endofítica da planta, mas não ocorre a formação de nódulos. Como exemplo podemos ter as associações entre algumas gramíneas de interesse econômico, como milho, arroz e trigo, e as bactérias do gênero Azospirillum. • De vida livre: A fixação biológica de nitrogênio neste caso é realizada por bactérias de vida livre, ou seja, as bactérias não estabelecem nenhuma ligação íntima com a planta.
SEMIBIÓTICO
ASSOCIATIVO
VIDA LIVRE
Rhizobium, Bradyrhizobium e
Azospirillum, Herbaspirillum e
Azotobacter, Klebsiella,
Actinomyces
Azotobacter
Enterobacter, Derxia, Clostridium, Methanococcus
A deficiência de nitrogênio na planta causa clorose total das folhas mais velhas, devido à menor produção de clorofila, seguida de necrose, que pode ser induzida devido à deficiência de molibdênio (Mo) ou cobalto (Co). O Mo participa como cofator nas enzimas nitrogenase, redutase do nitrato e oxidase do sulfeto. O Co é essencial para a fixação do nitrogênio, pois participa na síntese de da vitamina B12, que é essencial em processos metabólicos e na formação da leghemoglobina nos nódulos.
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Bactérias Promotoras de Crescimento de Plantas As bactérias promotoras do crescimento de plantas constituem um amplo grupo de bactérias que vivem na rizosfera e afetam beneficamente o crescimento das plantas. Algumas bactérias também colonizam internamente os tecidos das plantas, sendo chamadas de microrganismos endofíticos. Para utilização destas bactérias na agricultura, elas precisam ser capazes de colonizar as raízes e sobreviver na rizosfera em condições competitivas. Estas bactérias podem atuar indiretamente, pela supressão de doenças e de microrganismos deletérios da rizosfera, ou diretamente, pela produção ou alteração da concentração de fitormônios, fixação de nitrogênio, solubilização de fosfatos minerais ou outros nutrientes do solo, oxidação do enxofre, aumento da permeabilidade das raízes e produção de sideróforos. Dentre os diversos modos de ação destas bactérias para a promoção do crescimento das plantas destacam-se: • Produção de Substâncias Antimicrobianas: Tais substâncias que atuam na supressão de patógenos da rizosfera, ex: Bacillus subtilis e P. fluorescens. • Competição pela Produção de Sideróforos: Os sideróforos são substâncias produzidas por alguns microrganismos em condições limitantes de ferro. A competição por ferro, devido à produção de sideróforos, pode levar à supressão de patógenos no solo. • Produção de Reguladores de Crescimento de Plantas: Algumas bactérias podem produzir hormônios vegetais ou substâncias análogas que influenciam os processos fisiológicos das plantas em baixas concentrações. Inúmeras bactérias produzem giberelinas, como por exemplo Azospirillum brasilense, Azotobacter sp., Bacillus sp., Bacillus megaterium e Pseudomonas fluorescens; auxinas, como é o caso de A. brasilense, Azotobacter sp., Bacillus sp., B. megaterium, P. fluorescens, Pseudomonas putida, Sinorhizobium meliloti e Rhizobium sp.; e citocininas, A. brasilense, Azotobacter sp., Azorhizophilus paspali, P. fluorescens e Bradyrhizobium japonicum. • Produção de Substâncias que Solubilizam o Fosfato: O efeito da solubilização é geralmente devido à produção de ácidos orgânicos no meio em que o microrganismo se desenvolve, Bacillus subtilis, B. megaterium e P. fluorescens têm sido empregadas como inóculo para aumentar a disponibilidade de fósforo (P) para as plantas através da solubilização de fosfatos orgânicos via ação das fosfatases ou através da solubilização de fosfatos inorgânicos via ácidos orgânicos. • Promoção da Simbiose entre Bactérias Fixadoras de Nitrogênio e Leguminosas: Certas bactérias, como Pseudomanas fluorescens e Pseudomanas putida, estimulam a nodulação de plantas leguminosas por Rhizobium e Bradyrhizobium. • Indução de Resistência Sistêmica: É possível que algumas bactérias ativem também o sistema de defesa da planta, promovendo resistência ao ataque de pragas e doenças.
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Principais Bactérias de Uso Agrícola Bacillus amyloliquefaciens Bionematicida utilizado no controle de Pratylenchus brachyurus, Meloidogyne incognita e Meloidogyne javanica. Biofungicida contra Pythium ultimum, Xanthominas campestris, Rhizoctonia solani, Phyllosticta citricarpa, Botrytis cinerea, Cryptosporiopsis perennans e Botrytis squamosa, Colletotrichum gloeosporioides, Podosphaera fuliginea, Sclerotinia sclerotiorum, Erysiphe polygoni e Alternaria solani. Promotor de crescimento de plantas através de vários mecanismos, como a solubilização de fosfatos, produção de fitormônios, sideróforos e antibióticos. Também podem induzir resistência sistêmica em plantas contra patógenos.
Bacillus subtilis Bionematicida utilizado para o controle de P. brachyurus, M. incognita e M. javanica. Biofungicida e biobactericida contra Hemileia vastatrix, Alternaria dauci, Alternaria porri, B. cinerea, Colletotrichum acutatum, C. gloeosporioides, C. perennans, Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, Mycosphaerella fijiensis, P. ultimum, S. sclerotiorum, Sphaerotheca fuliginea, Sphaerotheca macularis, Xanthomonas citri ssp. citri, Xanthomonas campestris pv. vesicatoria e Rhizoctonia solani. Promotor de crescimento de plantas através de vários mecanismos, como a solubilização de fosfatos, produção de fitormônios, sideróforos e antibióticos. Também podem induzir resistência sistêmica em plantas contra patógenos.
Bacillus thuringiensis Bioinseticida utilizado para o controle de Alabama argillacea, Anticarsia gemmatalis, Argyrotaenia sphaleropa, Ascia monusteorseis, Brassolis sophorae, Colias lesbia pyrrhothea, Diaphania nitidalis, Diaphania hyalinata, Diatraea saccharalis, Eacles imperialis magnifica, Ecdytolopha aurantiana, Erinnyis ello, Grapholita molesta, Helicoverpa armigera, Helicoverpa zea, Heliothis virescens, Manduca sexta paphus, Mocis latipes, Plutella xylostella, Pseudoplusia includens, Spodoptera frugiperda, Strymon basalides, Trichoplusia ni, Thyrinteina amobia e Tuta absoluta. Promotor de crescimento de plantas através de vários mecanismos, como a solubilização de fosfatos, produção de fitormônios, sideróforos e antibióticos. Também podem induzir resistência sistêmica em plantas contra patógenos.
Bradyrhizobium sp. Bactéria fixadora de nitrogênio capaz de estabelecer simbiose com a soja (B. japonicum, Bradyrhizobium elkanii e Bradyrhizobium diazoefficiens) promovendo sua nodulação. Estimula o desenvolvimento do sistema radicular, substitui a adubação nitrogenada pois fixa o nitrogênio atmosférico, melhora a eficiência de fertilizantes e promove resistência ao estresse hídrico.
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Azospirillum brasilense Bactérias fixadoras de nitrogênio associativas, vivem na rizosfera e são capazes de produzir fitormônios, como auxinas, giberelinas e citocininas, promovendo o crescimento da planta.
Pseudomonas fluorescens Bactérias promotoras de crescimento de plantas, vivem na rizosfera e são capazes de produzir fitormônios, como auxinas, giberelinas e citocininas. Estimulam as bactérias fixadoras de nitrogênio e são capazes de produzir substâncias que solubilizam fosfato. Além disso, produzem substâncias antibióticas, que fazem o controle de fungos e bactérias patogênicas.
Pseudomonas putida Bactérias promotoras do crescimento de plantas, vivem na rizosfera e são capazes de produzir fitormônios, como auxinas, giberelinas e citocininas. Estimulam as bactérias fixadoras de nitrogênio e são capazes de produzir substâncias que solubilizam fosfato. Além disso, produzem substâncias antibióticas, que fazem o controle de fungos e bactérias patogênicas.
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Fungos Entomopatogênicos São microrganismos que causam doenças fatais em insetos-praga. O processo de infecção envolve várias etapas que se iniciam com o contato direto do fungo com a superfície da cutícula do inseto atacado. Os fatores que determinam a eficácia do processo de infecção incluem enzimas líticas, metabólitos secundários e adesinas (complexos proteicos que promovem a adesão do fungo ao inseto) produzidas pelo fungo. O mecanismo de infecção envolve a fixação do esporo na cutícula do inseto, seguida da germinação, penetração da cutícula e disseminação interna no inseto. Os esporos possuem enzimas degradantes, como proteases, esterases, lipases e quitinases, que modificam a superfície da cutícula do inseto hospedeiro e ajudam na fixação dos esporos antes da penetração. Quando os esporos entram em contato com a cutícula dos insetos, eles podem germinar e penetrar através dela dependendo das condições ambientais, como umidade e estrutura da cutícula do hospedeiro. Após a penetração, o fungo utiliza os nutrientes presentes no corpo hospedeiro para o seu crescimento, causando fome e distúrbios fisiológicos que levam o inseto à morte. Em seguida, o fungo emerge ao longo da cutícula através das regiões intersegmentais cobrindo o cadáver hospedeiro e produzindo esporos. Os esporos então se espalham por contato direto com outros insetos hospedeiros ou por outros fatores, como o vento, causando nova infecção em hospedeiros suscetíveis.
Esporos
PROCESSO GERAL DE INFECÇÃO DOS FUNGOS Crescimento e esporulação externa
Proliferação interna
Adesão de esporos
ENTOMOPATOGÊNICOS
Penetração da cultícula
Esporos germinando
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Principais Fungos Entomopatogênicos Beauveria bassiana Bioinseticida microbiológico utilizado no controle de bicudo da cana-de-açúcar ou gorgulho-da-cana (Sphenophorus levis), ácaro rajado (Tetranychus urticae), moleque da bananeira (Cosmopolites sordidus), mosca branca (Bemisia tabaci), cigarrinha do milho (Dalbulus maidis) e broca-do-café (Hypothenemus hampei).
Metarhizium anisopliae Bioinseticida microbiológico utilizado no controle da cigarrinha-da-raiz (Mahanarva fimbriolata), no controle da cigarrinha-das-pastagens (Zulia entreriana), percevejo castanho (Scaptocoris castanea) e no controle da cigarrinha-dos-capinzais (Deois flavopicta). É comumente utilizado em conjunto com Beauveria bassiana para o controle de mosca branca (B. tabaci).
Isaria fumorosea Bioinseticida microbiológico utilizado no controle de lagarta do algodão (H. armigera), psilídeo do citros (Diaphorina citri), cigarrinha do milho (D. maidis) e mosca branca (B. tabaci).
Aschersonia aleyrodis Bioinseticida microbiológico utilizado no controle da mosca branca (B. tabaci), especialmente nas fases de pupa e ninfa. São facilmente encontradas nas folhas de soja.
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Trichoderma harzianum Fungo com ação fungicida e nematicida utilizado no controle de Fusarium sp., Rhizoctonia sp., S. sclerotiorum, Pratylenchus zeae e Thielaviopsis paradoxa, P. brachyurus, Macrophomina phaseolina, Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici.
Trichoderma asperellum Biofungicida microbiológico utilizado no controle de R. solani, S. sclerotiorum e Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli.
Pochonia chlamydosporia Bionematicida microbiológico utilizado no controle de nematoides de galhas (M. javanica). Pochonia chlamydosporia coloniza os ovos e os juvenis (J2) interrompendo o ciclo desses nematoides e reduzindo sua população no solo. Estudos científicos mostraram que a P. chlamydosporia pode colonizar as raízes das plantas, assim afetando nematoides endoparasitários migratórios, como Pratylenchus sp. e Radopholus similis, pela produção de toxinas ou pela indução de resistência na planta.
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NOTA Estima-se que mais de 700 espécies, pertencentes a 100 gêneros de fungos, são consideradas entomopatogênicas (Leger e Wang, 2010).
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Vantagens da Utilização de Biodefensivos • Mais baratos do que pesticidas sintéticos; • Não são tóxicos para os seres humanos e animais vertebrados; • Não causam danos e nem poluem o meio ambiente; • Sustentáveis; • Não promovem o desenvolvimento de resistência de insetos-praga; • Mantém o equilíbrio ecológico da natureza; • Possibilitam a redução de produtos químicos, melhorando a qualidade ambiental.
Cuidados com os Biodefensivos • Transportar e conservar o produto biológico em lugar fresco e bem arejado, preferencialmente refrigerado; • Seguir corretamente as recomendações do corpo técnico responsável; • Seguir as recomendações de compatibilidade para as combinações das misturas de caldas; • Lavar muito bem os equipamentos de mistura e aplicação para eliminar resíduos de agroquímico que não seja compatível com o agente biológico; • A aplicação deve ser realizada nas horas mais frescas do dia e com menor incidência de raios ultravioleta, preferencialmente no final da tarde ou à noite; • Não preparar a calda de aplicação com muita antecedência da hora de aplicação; • Não deixar produtos biológicos expostos ao sol ou a altas temperaturas.
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Fatores que Influenciam na Eficiência ou Eficácia dos Produtos Biológicos Diferentes fatores relacionados ao ambiente, alvo biológico e cepa do bioagente poderão interferir na eficiência do controle biológico de pragas e doenças, tais como: • A virulência da cepa do microrganismo utilizado, que deve ser selecionado após inúmeros testes laboratoriais e em condições de campo; • Condições ambientais: Compreende os fatores que influenciam na sobrevivência do agente de controle biológico no ambiente e na velocidade e taxa de infecção, como umidade e temperatura; • Uso combinado com outros agentes de controle: A supressão total de pragas e doenças raramente será alcançada somente pela aplicação de produtos biológicos, entretanto, para aumentar a eficiência destes produtos, é possível estabelecer combinações compatíveis com outros agentes de controle, como bactericidas, fungicidas e inseticidas. De fato, vários trabalhos evidenciaram inúmeras vantagens potenciais da combinação de biológicos com agroquímicos, induzindo efeitos aditivos, sinérgicos e antagônicos na eficácia do controle biológico.
Fatores que Podem Interferir na Aplicação Os fungos, quando fermentados em meios líquidos, possuem naturalmente a característica de formarem pelotas miceliais, o que pode ocasionar o entupimento dos bicos de aplicação. Entretanto, este problema pode ser solucionado através da separação física das estruturas, o que pode ser realizada por meio de filtros, sem comprometer completamente a qualidade do produto, pois eles possuem grande quantidade de esporos, blastósporos e micélios que ocasionarão menos riscos de entupimento dos bicos ao passar pelo filtro. Esta característica de formação de pelotas miceliais pode variar entre as espécies de fungos ou meio de cultura utilizado no processo de fermentação, sendo facilmente visualizados na fermentação líquida de Trichoderma e Pochonia Chlamydosporia (fotos abaixo). São ncessários mais testes com diferentes formulações de meios de cultura para as nossas condições de fermentação a fim de selecionar a formulação que menos favoreça a formação de pelotas miceliais nestas espécies de fungos. Entretanto, para minimizar problemas de entupimento dos bicos, todos os produtos biológicos são filtrados antes do envase na indústria de produtos biológicos da Scheffer.
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Estratégia de Aplicação O estabelecimento de uma estratégia adequada de aplicação de microrganismos como agentes de controle biológico requer uma série de estudos e conhecimento para obter a melhor eficácia de controle de pragas e doenças. Neste contexto, a estratégia de aplicação dependerá de fatores que podem influenciar a suscetibilidade do alvo ao bioagente. Entre estes fatores podemos citar quais microrganismos estão presentes na formulação do bioinseticida, método de aplicação, condições do tempo, dose, virulência da cepa selecionada, assim como a biologia e ecologia das espécies alvo. Os diferentes tipos de microrganismos presentes nos produtos biológicos são fatores primordiais para a definição do método de aplicação, o qual poderá ser via tratamento de semente, sulco de plantio ou pulverização foliar.
Métodos de Aplicação dos Biodefensivos MÉTODO DE APLICAÇÃO
AGENTE BIOLÓGICO
Tratamento de semente
Trichoderma sp., P. fluorescens, A. brasilense, B. subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bradyrhizobium sp. e P. chlamydosporia. A composição do TS varia em virtude da planta e das condições de infestação de nematoides da área.
Sulco de plantio
Trichoderma sp., P. fluorescens, A. brasilense, B. subtilis, B. amyloliquefaciens, Bradyrhizobium sp. e P. chlamydosporia. A composição da calda de aplicação no sulco de plantio varia em virtude da planta e das condições de infestação de nematoides da área.
Pulverização foliar
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B. bassiana, Metharizium anisopliae, Isaria sp., B. subtilis, Bacillus thuringiensis, B. amyloliquefacens, P. fluorescens, A. brasilense, Chromobacterium subtsugae, Bradyrhizobium sp. A composição da calda de aplicação foliar varia em virtude da planta e da pressão de pragas e doenças.
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Recomendação de Doses de Aplicação As doses de aplicação foram estabelecidas de acordo com o alvo biológico:
MÉTODO DE APLICAÇÃO
AGENTE BIOLÓGICO
Alvo Biológico
Dose (L p.c./ha)
Complexo de Lagartas
0,5 a 1,0 L
Mosca branca
0,5 a 1,0 L
Pulgão
0,5 a 1,0 L
Doenças
0,5 a 1,0 L
Compatibilidade entre Agentes Biológicos e Agroquímicos Estão sendo divulgados informativos técnicos orientando quanto à compatibilidade de mistura de produtos químicos com os biodefensivos para aplicação na lavoura.
Este é um esforço coletivo de toda equipe, para melhorar a qualidade e operação de nossas aplicações. Os dados estão sendo coletados e darão origem a um aplicativo para dispositivos Android, o que permitirá o fácil acesso aos relatórios de combinações ideais para aplicação. A adição dos agroquímicos não pode afetar a sobrevivência dos microrganismos e nem a sua eficiência no controle biológico ou na promoção do crescimento de plantas.
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Produção de Biodefensivos no Laboratório 1ª ETAPA
4ª ETAPA
Aquisição de cepas de
Controle de qualidade via
referência de instituições
avaliação microscópica e por
credenciadas
meio de plaqueamento.
5ª ETAPA Formulação de meios de cultura e fermentação em frascos de 5L.
2ª ETAPA Controle de qualidade via avaliação microscópica e por meio de plaqueamento.
6ª ETAPA Controle de qualidade via avaliação microscópica e por meio de plaqueamento.
3ª ETAPA Formulação de meios
7ª ETAPA
de cultura e fermentação
Comprovada a pureza e
em frascos de 500ml.
concentração, os biodefensivos são transferidos para galões de 20L e enviados para a Indústria de Produtos Biológicos para serem utilizados como inóculo.
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Produção de Biodefensivos na Indústria de Produtos Biológicos 1ª ETAPA Formulação de meios de
5ª ETAPA
cultura para fermentação
Controle de qualidade via
nos biorreatores de 300 e
avaliação microscópica e
5000 litros.
por meio de plaqueamento.
6ª ETAPA Transferência do inóculo
2ª ETAPA
produzido no biorreator
Controle de qualidade do inóculo
de 300L para o biorreator
proveniente do Laboratório, via
de 5000L previamente
avaliação microscópica e por meio
preparado.
de plaqueamento.
7ª ETAPA Controle de qualidade via avaliação microscópica e por meio de plaqueamento.
3ª ETAPA Pesagem e mistura dos reagentes do meio de cultura e transferência para os biorreatores de 300L ou 5000L.
8ª ETAPA O produto biológico após formulado é
4ª ETAPA
automaticamente
Após procedimento de limpeza e
transferido para o
esterilização do meio de cultura no
sistema de filtragem
biorreator de 300L, o processo de
e em seguidas
fermentação é iniciado usando o
envasados em galões de 20L. Os galões de 20L contendo o
inóculo proveniente do Laboratório.
produto biológico são armazenados em câmara fria a 8°C e em seguida são destinados para aplicação na lavoura. 27
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Glossário Aerossol: Suspensão de partículas na forma de gotículas de água dispersas no ar. Agente antimicrobiano: Substância que mata ou inibe o crescimento de microrganismos. Agente fungicida: Agente capaz de matar fungos. Antibiótico: Substância natural, sintética ou semissintética que mata ou inibe o crescimento de bactérias. Bacilos: Bactéria reta em forma de bastonete, parecida com cápsulas de medicamentos. Bactérias: São organismos unicelulares que não possuem núcleo definido nem organelas membranosas. Bactericida: Capaz de matar bactérias. Bacteriocinas: Substâncias produzidas por certas bactérias que inibem ou matam outras espécies bacterianas estreitamente relacionadas. Bacteriófago: Vírus que infecta células procarióticas e bactérias. Bioagente: Microrganismos ou metabolitos microbianos capazes de matar outros microrganismos, especialmente aqueles causadores de doença, ou promover o crescimento de plantas. Biodiversidade do solo: Inclui todos os grupos taxonômicos, que variam de vírus a microrganismos e fauna, relacionados ao seu habitat físico-químico nos solos. Bionematicida: Agente biológico, à base de microrganismos, que mata nematoides. Biofungicida: Agente biológico, à base de microrganismos, que mata ou controla doenças fúngicas. Bioinseticidas: Agente biológico, à base de microrganismos, que mata ou controla insetos. Biobactericida: Agente biológico, à base de microrganismos, que mata ou controla doenças bacterianas. Blastósporo: Esporo assexuado desenvolvido por brotamento ou extrusão de um esporo ou célula existente. Cepa: Uma variante genética ou subtipo de um microrganismo de uma espécie (vírus ou bactéria ou fungo). Cepas diferentes de um mesmo microrganismo podem ter diferente eficiência no controle de insetos ou doenças. Colônia: Massa circunscrita de microrganismos geralmente crescendo na superfície ou dentro de um meio de cultura sólido, presumivelmente cultivados a partir de uma única célula. Contaminação: Presença de um microrganismo em meio não desejado, no ambiente ou em amostras para análise (ex: a presença de Bacillus subtilis em meio de crescimento de Beauveria bassiana). Multiplicação: O crescimento de microrganismos em meio de cultura para atender a sua demanda nutritiva. Esporo: Estrutura reprodutiva de fungos e outros organismos (algumas bactérias, por exemplo) contendo uma ou mais células. Algumas bactérias sofrem modificações para sobreviver a um ambiente adverso, outras são esporulantes, como a Bacillus thuringiensis.
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Glossário Esporular: Produzir esporo. Esterilização: A destruição total de microrganismos vivos, realizada por vários meios, incluindo calor, produtos químicos ou irradiação. O autoclave é o equipamento mais utilizado em laboratórios para realizar a esterilização de utensílios. Fungos: Organismos eucarióticos, principalmente multicelulares, heterotróficos, sem clorofila, que se reproduzem sexuadamente ou, assexuadamente por esporos e vive como saprófitos ou parasitas. Hifa: Filamento tubular fúngico, unidade estrutural básica de um fungo. Isolamento: Separação de um microrganismo de outros, geralmente fazendo culturas em diluições seriadas. Matéria orgânica do solo: É a fração orgânica do solo composta por resíduos vegetais e animais em diferentes fases de decomposição. Meio de Cultura: Substrato composto por nutrientes, especialmente desenvolvidos para atender à demanda nutricional de microrganismos e promover seu desenvolvimento e crescimento. Micélio: Massa de hifas que constitui o corpo de um fungo. Microrganismo: Forma de vida que não é visível a olho nu, como bactérias, fungos e vírus. Mudanças climáticas: São definidas pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) como uma mudança no estado do clima que pode ser identificada (por exemplo, usando testes estatísticos) por mudanças na média e/ou na variabilidade de suas propriedades e que persiste por um longo período, normalmente décadas ou mais. As mudanças climáticas podem ser devidas a processos internos naturais ou agentes externos, ou a mudanças antropogênicas persistentes na composição da atmosfera ou no uso inadequado do solo. Armazenamento de água no solo: É a capacidade do solo de reter água, após o excesso de água ter sido drenado pela gravidade. Organismo aeróbio: Organismo que cresce na presença de oxigênio, pode ser facultativo, estrito ou microaerófilo. Placa de Petri: Recipiente com tampa desenvolvido por Julius Richard Petri, em 1877, para cultivar microrganismos em meio sólido. Resistência: A capacidade de uma espécie ou cepa de microrganismo de sobreviver à exposição a uma substância anteriormente eficaz contra ela. Substância antiséptica: Recipiente com tampa desenvolvido por Julius Richard Petri, em 1877, para cultivar microrganismos em meio sólido. Substância química antimicrobiana: Substâncias produzidas por microrganismos ou por meios sintéticos, capazes de matar ou inibir o crescimento de microrganismos causadores de doenças.
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