controle biológico de pragas na agricultura
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CONTROLE BIOLÓGICO DE PRAGAS NA AGRICULTURA Dr. Alex Sandro Poltronieri Introdução Introdução Introdução Conceito: Fenômeno natural que consiste na regulação de animais e plantas por inimigos naturais (agentes de mortalidade biótica). Introdução China (século III) Oecophylla smaragdina (Hymenoptera: Formicidae) x Europa (1602) Apanteles glomeratus (Hymenoptera: Braconidae) x Pieris brassicae (Lepidoptera: Pieridae) + Introdução 1º caso de sucesso: Predadores da Austrália controlando pragas na Califórnia Rodolia cardinalis (Coleoptera: Coccinellidae) Icerya pyrchasi (Hemiptera: Coccoidea) Introdução Patologia de insetos: Principal meta é o controle biológico por agentes causadores de doenças, visando a manutenção de pragas a níveis que não causem dano econômico. 2200 AC – Egípcios relatam doenças em abelhas 2000 AC - Chineses e gregos – Doenças no bicho da seda 1664 – Recomendação de macerados de lagartas infectadas para controle de pragas florestais na Inglaterra 1726 – Isolamento de um fungo do gênero Cordyceps em lepidópteros Introdução 1834 – Descoberta do agente causal da doença “Muscardine” no Bicho da seda 1879 – Uso de Metarhizium anisopliade contra Anisoplia austriaca (coleoptera: Rutelidae) 1906 – Descoberta do Bacillus thuringiensis Século XX – Descoberta dos vírus entomopatogênicos Controle biológico Predadores Inimigos Naturais Parasitoides Fungos Controle biológico Bactérias Controle Microbiano Vírus Nematoides Protozoários Controle biológico Predadores Inimigos Naturais Controle biológico Predadores Inimigos Naturais Potencial de predadores no controle biológico aplicado Algodoeiro Cafeeiro Cana-de-açúcar Cevada Frutíferas Fumo Girassol Hortaliças Milho Soja Sorgo Trigo Pecuária Controle biológico Inimigos Naturais Parasitoides Introdução Controle biológico Fungos Bactérias Controle Microbiano Vírus Nematoides Protozoários Fungos Entomopatogênicos Controle Microbiano 15 Fungos entomopatogênicos Primeiros patógenos utilizados no controle microbiano; A maioria dos fungos entomopatogênicos relatados ocorre no Brasil; Mais de 50% dos trabalhos publicados com controle microbiano envolvem fungos entomopatogênicos. Beauveria bassiana 16 Fungos entomopatogênicos Casos de sucesso do uso de fungos entomopatogênicos: 17 Fungos entomopatogênicos 18 Fungos entomopatogênicos 19 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Broca-do-café Hypothenemus hampei (Coleoptera: Curculionidae) infectada por Beauveria bassiana. http://www.cafepoint.com.br/cadeia-produtiva/giro-de-noticias/embrapa-pesquisador-estuda-controle-biologico-da-broca-53807n.aspx 20 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Alves, 1998 21 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Germinação Formação de apressórios Formação de grampo de penetração Penetração Colonização Reprodução do patógeno Disseminação do fungo Estruturas de preservação do fungo Produção de enzimas Alves, 1998 Produção de toxinas 22 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Alves, 1998 Conidióforo de Hyaloperonospora parasitica contendo vários conídios 23 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Relações fungo-hospedeiro Adesão 1º relação fungo-hospedeiro Mecanismos envolvidos na adesão não são totalmente conhecidos Forças eletrostáticas atuam no processo de adesão Presença de enzimas (esterases e proteases) Propágulos envolvidos por substâncias Alves, 1998 mucilaginosas 24 Fungos entomopatogênicos Relaçõesfungo-hospedeiro fungo-hospedeiro Relações Germinação Precisa de condições favoráveis Produção do tubo germinativo Formação de apressórios Penetração do fungo Formação do grampo de penetração Diferenciação da hifa Inicia o processo de penetração no tegumento do inseto. Alves, 1998 25 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Relações fungo-hospedeiro Penetração Áreas membranosas ou esclerotizadas Processo físico (Hifas) Processos químico (Enzimas) Colonização Tegumento e hemocele Formação de estruturas de defesa Não há grande crescimento de hifas antes da morte do inseto Alves, 1998 Após a morte há a colonização dos diversos órgãos 26 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Relações fungo-hospedeiro Reprodução Assexuada: Diversos tipos de estrutura ou propágulos: zoósporos, conídios, etc. Sexuada: União de núcleos depois da fusão do gameta móvel (macho) com o gameta estacionário (feminino) Alves, 1998 27 Fungos entomopatogênicos Relaçõesfungo-hospedeiro fungo-hospedeiro Relações Sintomatologia da doença Manchas escuras nas pernas, Cessa a alimentação Paralisia, descoordenação e desorientação Tegumento torna-se róseo e depois esbranquiçado (crescimento micelial). Após a morte, hifas emergem pelos espiráculos e por pressão mecânica saem Alves, 1998 pelo tegumento (membranas e cutícula). Associado ao crescimento micelial há a esporulação do fungo. 28 Fungos entomopatogênicos Relações Relaçõesfungo-hospedeiro fungo-hospedeiro Morte do inseto devido a: Produção de micotoxinas mudanças patológicas na hemocele ação histolítica Bloqueio mecânico do aparelho digestivo Crescimento micelial início do processo de esporulação do fungo Alves, 1998 29 Fungos entomopatogênicos Estruturas de preservação: Relações fungo-hospedeiro Após a morte do inseto, os fungos podem ser preservados dentro do cadáver pela formação de estruturas de resistência (clamidósporos, microescleródios , hifas de paredes espessas e esporos de repouso). Estruturas de resistência formadas pelos fungos de solo: Fusarium sp. (clamisdósporo) Condições desfavoráveis: -Ausência de hospedeiros - Clima adverso - sobrevivem por muito tempo Sclerotium rolfsii (Escleródio) 30 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Produção de toxinas: Sintetizam toxinas usadas no ciclo patógenohospedeiro São estudadas devido: a)Elucidar modo de ação do fungo sobre o inseto b) Procurar novos compostos inseticidas c) Avaliar segurança de fungos promissores no controle de pragas d) estudos químicos de base em produtos naturais e) Uso de metabólitos tóxicos com eficácia sobre insetos e de baixa toxicidade ao homem. 31 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Produção de toxinas: Avermectinas – Lactonas macrocíclicas derivadas do fungo (não patogênico) Streptomyces avermectilis e que possuem elevada ação inseticida, acaricida e nematicida. 32 Fungos entomopatogênicos Relações fungo-hospedeiro Formigas zumbis – Fungo do gênero Cordyceps 33 Bactérias Entomopatogênicas Controle Microbiano 34 Bactérias entomopatogênicas Definições: Bactérias obrigatórias, facultativas e potenciais (Coppel e Mertins, 1977) Doenças específicas em certos grupos de insetos. Não crescem em meio artificial e tem limitado número de hospedeiros. Invadem e destroem tecidos suscetíveis, podem se multiplicar no intestino antes de atingir a cavidade corporal. Crescem em meio artificial Não se multiplicam na luz intestinal, mas na hemolinfa causam septicemia. Crescem em meio artificial e não possuem hospedeiros específicos. 35 Bactérias entomopatogênicas Definições: Bactérias agrupadas em duas categorias: Esporulantes e não esporulantes (Falcon, 1971) Esporulantes: Todas as obrigatórias e maioria das facultativas (Cristalíferas e não-cristalíferas) Bactérias esporulantes Gênero Clostridium Mais estudadas Não-Esporulantes: Todas as potenciais e uma espécie facultativa Família Bacillaceae Gênero Bacillus 36 Bactérias entomopatogênicas Gênero Bacillus Lugar privilegiado como agente altamente promissor no controle de insetos prejudiciais 37 Bactérias entomopatogênicas Bacillus thuringiensis Bactéria gram positiva Altamente específica Não apresenta atividade tóxica para mamíferos Responsável por 97% dos biopesticidas disponíveis no mundo (±13 mil toneladas/ano). 38 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. thuringiensis α-exotoxina β-exotoxina Exoenzimas Proteínas Inseticidas Vegetativas (VIPs) δ-endotoxinas 39 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis α-exotoxina •Atividade citolítica sobre fosfolipídios da membrana plasmática •Termolábil •Solúvel em água •Tóxica para alguns insetos por administração oral ou intrahemocélica •Em ratos: degradação e lise das células. 40 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis β-exotoxina (Thuringiensina) Tipo 1 • Análogo ao ATP – Inibe a RNA polimerase (compete com o ATP) Tipo 2 • Análogo ao UTP • Mais tóxica que a tipo 1 • Alta toxicidade a mamíferos • Seleção de estirpes que não produzam essa toxina 41 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis Exoenzimas • Quitinases e Proteases • Provocam a ruptura da membrana peritrófica • Favorecem a ação das δ-endotoxinas no epitélio intestinal 42 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis α-exotoxina • Atividade citolítica sobre fosfolipídios da membrana plasmática • Tóxica para alguns insetos por administração oral ou intra-hemocélica • Em ratos: degradação e lise das células. 43 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis Proteínas Inseticidas Vegetativas (VIPs) • Modo de ação pouco esclarecido • VIP3A liga-se as células epiteliais do intestino médio e provoca a lise celular • Atividade contra insetos pouco sensíveis as proteínas Cry Agrotis ipsilon (Lepidoptera: Noctuidae) Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuidae) 44 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas • Produzida na fase III e IV da esporulação 45 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas • Existem dois tipos de δ-endotoxinas 46 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas – Cyt • Atividade citolítica • Afinidade por ácidos graxos insaturados da membrana celular • Constituídas pelos grupos: Cyt1: Cyt1Aa, Cyt1 Ab e Cyt1Ba Cyt2: Cyt2Aa, Cyt2Ba, Cyt2Bc e Cyt2Ca • Tóxicos as ordens: 47 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas – Cyt • Atividade citolítica • Afinidade por ácidos graxos insaturados da membrana celular 48 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas – Cry • Formas 49 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas – Cry • Formas 50 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas – Cry • Ataca diversas pragas 51 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas – Cry • Modo de ação •Toxinas formadoras de poros • Pró-toxina • Lise das células epiteliais do intestino médio do inseto 52 Fungos entomopatogênicos 53 Bactérias entomopatogênicas 54 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas – Cry • Eventos transgênicos 55 Bactérias entomopatogênicas Diversidade de toxinas produzidas por B. Thuringiensis δ-endotoxinas – Cry • Produtos formulados 56 Bactérias entomopatogênicas 57 Vírus Entomopatogênicos Controle Microbiano 58 Vírus entomopatogênicos Baculovírus • Família Baculoviridae: • Nucleopolyhedrovirus [Vírus da poliedrose nuclear (VPN)] • Granulovirus [Vírus da granulose (VG)] • Mais empregado no controle de pragas • Maioria é isolada de lepidópteros • Especificidade 59 Vírus entomopatogênicos Baculovírus • Infecção e colonização • Sintomas da infecção Perda do apetite Geotropismo – Clareamento da epiderme 60 Vírus entomopatogênicos Baculovírus Produtos a base de baculovírus 61 Vírus entomopatogênicos Baculovírus • Importância •Emprego em vários países para controle de pragas agrícolas • Brasil: maior programa mundial de uso de vírus de insetos (70% mais barato que inseticidas químicos - 2 milhões de litros ) • Programas de uso de vírus para controle de pragas no Brasil • Nucleopoliedrovírus de Anticarsia gemmatalis em soja • Granulovírus de Erinnys ello em mandioca • Nucleopoliedrovírus de Spodoptera frugiperda em milho • Nucleopoliedrovírus de Condylorrhiza vestigialis em álamo • Vírus de granulose de Phthorimaea operculella em batata 62 Vírus entomopatogênicos Baculovírus Programas de uso de vírus para controle de pragas na América Latina 63 Vírus entomopatogênicos 64 Vírus entomopatogênicos 65 Vírus entomopatogênicos 66 Vírus entomopatogênicos 67 Vírus entomopatogênicos ALTERAÇÃO DA DIETA ARTIFICIAL DE Anticarsia gemmatalis VISANDO A REDUÇÃO DE CUSTO PROPOSTA DE LABORATÓRIO PILOTO PARA A PRODUÇÃO MASSAL DE Anticarsia gemmatalis E DO SEU VÍRUS DE POLIEDROSE NUCLEAR MÚLTIPLO (VPNMAg). EXTRAÇÃO MECANIZADA DA CALDA CONTENDO O VÍRUS 68 Vírus entomopatogênicos 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 92,8% 75,6% Máquina Manual 69 Vírus entomopatogênicos 70 Nematoides Entomopatogênicos Controle Microbiano 71 Nematoides entomopatogênicos Vida livre (terrestres ou aquáticos) Turbatrix aceti Parasitas de animais (vertebrados e invertebrados) e plantas Mermitídios (Nematomorpha: Mermithidae) 72 Nematoides entomopatogênicos Relacionamento entre nematoides e insetos Forésia: Associação entre indivíduos de espécies diferentes (relação ecológica inter-específica), na qual um transporta outro, sem se prejudicarem; 73 Nematoides entomopatogênicos Relacionamento entre nematoides e insetos Parasitismo facultativo: Parasitam insetos, mas conservam a habilidade de se desenvolver e reproduzir em condições de vida livre (nutrem-se de fungos e bactérias disponíveis no ambiente); Relacionamento estritamente nutricional como os gêneros Rhabditis e Diplogaster Relacionamento mutualista com bactérias: Ex: Deladenus siricidicola x Sirex noctilio x = 74 Nematoides entomopatogênicos Relacionamento entre nematoides e insetos Parasitismo Obrigatório: Desenvolvimento parcial ou total dentro do inseto hospedeiro 75 Nematoides entomopatogênicos Principais famílias de interesse entomológico Família Steinernematidae Gênero Steinerneme Gênero Neosteinernema Família Heterorhabiditidae Gênero Heterorhabditis Família Neotylechidae Gênero Deladenus Família Mermithidae 76 Nematoides entomopatogênicos Principais famílias de interesse entomológico Família Steinernematidae Gênero Steinerneme x bactérias (gênero Xenorhabdus) 77 Nematoides entomopatogênicos Principais famílias de interesse entomológico Família Steinernematidae Gênero Steinerneme x bactérias (gênero Xenorhabdus) Gram-negativas Anaeróbicas facultativas Flageladas Sem estruturas de resistência (esporos) Encontradas em: nematoides infectivos insetos parasitados 78 Nematoides entomopatogênicos Principais famílias de interesse entomológico Gênero Steinerneme x bactérias (gênero Xenorhabdus) Relação mutualística Nematoide Proteção Vetor Bactéria Provisão de nutrientes (nematoides axênicos não reproduzem em insetos axênicos) 79 Nematoides entomopatogênicos Principais famílias de interesse entomológico Família Mermithidae 80 Nematoides entomopatogênicos Principais famílias de interesse entomológico Família Mermithidae 81 Nematoides entomopatogênicos Produtos à base de Steinernema e Heterorhabditis 82 Nematoides entomopatogênicos Registro de associações entre nematoides e insetos-praga no Brasil 83 Nematoides entomopatogênicos Vantagens e desvantagens no emprego e nematoides no controle de insetos Resistem a muitos defensivos agrícolas Dificuldade na criação massal Podem ser sinergistas com outros entomopatogênicos Condições ambientais desfavoráveis Boa adaptação a novos ambientes Mecanismos de defesa contra nematoides em insetos-praga Capacidade de difusão no ambiente Especificidade Inofensivos a animais 84 Nematoides entomopatogênicos 85 Protozoários entomopatogênicos Protozoários Entomopatogênicos Controle Microbiano 86 Protozoários entomopatogênicos Sete Filos Sarcomastigophora Labyrinthomorpha Apicomplexa Microspora Ascetospora Myxozoa Ciliophora 87 Protozoários entomopatogênicos Microspora: Eucariotos, Desenvolvimento intracelular, Espectro amplo de hospedeiros 88 Protozoários entomopatogênicos Programas de controle: 2 microsporídeos: Antonospora locustae Anncaliia algerae 89 Protozoários entomopatogênicos Considerações finais Poucos protozoários tem potencial de uso: a) Causam infecções crônicas b) Não há métodos disponíveis para produção massal A maioria das associações entre protozoários entomógenos e insetos produzem infecções crônicas e subletais, implicando em uma redução da potência reprodutiva hospedeira (HURD, 1993). Muitas infecções de protozoários exibem sinais inespecíficos e sintomas de doenças, tais como lentidão, crescimento irregular, perda de apetite, mal formação de larvas, pupas e adultos, ou adultos com reduzido vigor, fecundidade e longevidade (SIKOROWSKI; LAWRENCE, 1997). 90 Obrigado 91
