Efeitos da aleopatia no manejo e controle de plantas daninhas

Michelangelo M. Trezzi 1, Ribas A. Vidal 2 e Maria do Carmo R. Peralba31 Eng.-Agr, Mestre, Professor do Curso de Agronomia do CEFET/PR - Unidade de Pato Branco. Doutorando do PPG Fitotecnia da UFRGS. e-mail: mtrezzi@cpovo.net2 Eng.- Agr, Ph. D., Professor da Faculdade de Agronomia da UFRGS. e-mail: vidal@if.ufrgs.br3 Química, Dra., Professora do Instituto de Química da UFRGS

Resumo da palestra apresentada pelo primeiro autor no III Seminário Nacional de Plantas Daninhas, em Passo Fundo (RS), em 15.08.2001. Trabalho parcialmente financiado com recursos do CNPq, CAPES e FAPERGS.

Introdução

O fenômeno da alelopatia existe há milhares de anos, tendo sido relatado primeiramente por Democritus, em 500 a.C. O termo alelopatia foi definido pelo cientista alemão Molisch, em 1937, para se referir às interações bioquímicas entre todos os tipos de plantas, mediadas ou não por microorganismos, sendo estas interações benéficas ou maléficas.Mais recentemente, pesquisadores têm ampliado o conceito de alelopatia, incluindo, além das interações entre plantas e as mediadas por microorganismos, a interação entre plantas e animais superiores e entre plantas e outros organismos, como patógenos e pragas. Em um contexto ecológico, a alelopatia é considerada como parte de uma rede de comunicação entre os organismos, responsável pelo desencadeamento de seus mecanismos de defesa.No contexto agrícola, a preocupação com o uso indiscriminado de produtos químicos sintéticos e com os riscos advindos do seu uso, bem como a necessidade de redução dos custos de produção dos produtos agrícolas, propiciam a exploração de técnicas alternativas, como o uso de plantas com potencial alelopático.Nas últimas quatro décadas, progressos nas áreas da química, bioquímica, biotecnologia, agronomia e ecologia e a integração entre estas áreas, levaram a uma rápida evolução na pesquisa em alelopatia. Muitos dos resultados obtidos em laboratório, no entanto, não conseguem ser reproduzidos no campo, pela maior complexidade deste meio, onde várias interações entre organismos e com o ambiente ocorrem.O quê são as substâncias alelopáticas e como ocorre o fenômeno?

As substâncias alelopáticas são produtos do metabolismo secundário das plantas. Dezenas de milhares de metabólitos secundários são conhecidos hoje, mas apenas algumas centenas apresentam efeito alelopático conhecido. Há seis classes principais de substâncias alelopáticas: alcalóides, benzoxazinonas, derivados do ácido cinâmico, compostos cianogênicos, etileno e outros inibidores da germinação e flavonóides.A alelopatia entre plantas ocorre quando uma planta produtora libera substância(s) alelopática(s) no meio, através dos seguintes processos: volatilização, lixiviação, exsudação radicular ou decomposição dos resíduos das plantas. A substância depositada no meio, entra em contato com a planta receptora, produzindo efeitos sobre o desenvolvimento desta. Muitas vezes a substância ativa é resultante da transformação por microorganismos da substância originalmente liberada.

Alelopatia em vários níveis

Em sistemas agrícolas, é comum ser atribuída à alelopatia o efeito inibitório de plantas daninhas. No entanto, a alelopatia é apenas uma das possíveis interações que podem ocorrer entre organismos a campo. Um dos principais problemas é a separação entre esse fenômeno e a competição. Alelopatia se caracteriza pela presença de uma substância extra no meio, enquanto em competição há ausência de fatores de crescimento. A campo estes fenômenos ocorrem simultaneamente e estão interrelacionados e são de difícil separação para quantificação.Em função disto, grande número de trabalhos de pesquisa com alelopatia têm sido conduzidos em laboratório. Nesta condição, a verificação do efeito de extratos de plantas sobre uma única planta alvo, a alface, tem levado a uma tendência de simplificação do fenômeno alelopático (Olofsdotter & Mallik, 2001).

Alelopatia em plantio direto x convencional

Das possíveis estratégias envolvendo alelopatia no controle de plantas daninhas, o uso de coberturas mortas em sistema de plantio direto é a que tem sido utilizada com maior êxito. Neste sistema, as substâncias presentes na parte aérea e sistema radicular em decomposição podem ser liberadas ao solo, exercendo ou não efeito alelopático. A taxa de liberação das substâncias dependerá da quantidade de resíduo presente, da concentração das substâncias no resíduo e das condições de ambiente, bióticas e abióticas. No sistema de plantio direto, a taxa de decomposição dos resíduos é mais lenta do que no sistema convencional, o que proporciona a liberação mais lenta dos compostos e em concentrações menores, enquanto no sistema convencional a decomposição dos resíduos é mais rápida, com taxas de liberação maiores logo após a incorporação. O grau de moagem da palha também influenciará, pois quanto menores as porções depositadas, mais rápida a decomposição do resíduo.Isto pode induzir a respostas alelopáticas diferenciadas entre os dois sistemas em relação às fases de desenvolvimento das plantas. Enquanto no sistema convencional se esperam maiores efeitos na emergência e no início do desenvolvimento vegetativo, no sistema direto estes efeitos podem se refletir em estádios mais avançados do desenvolvimento vegetativo e mesmo nos estádios reprodutivos (Figura 1). Seleção de cultivares com maior potencial alelopático

Esta é considerada uma das estratégias mais promissoras, pois possibilitaria a redução de custos de produção pela menor necessidade de adoção de medidas de controle, além da redução de danos ao ambiente. Até recentemente, grandes esforços foram realizados para identificar genótipos com capacidade superior de produção de aleloquímicos (Tabela 1), sem contudo resultar em lançamento de cultivar com características superiores. Nos últimos anos, trabalhos conduzidos no IRRI com a cultura do arroz (Tabela 1), onde foram testadas mais de 12.000 cultivares, permitiram identificar materiais com potencial alelopático contra Heteranthera limosa e capim-arroz (Echinochloa crus-galli) (Olofsdotter, 2001). Um dos materiais mais promissores naquelas condições é a cultivar brasileira de arroz de sequeiro IAC 165, selecionada para alelopatia contra E. crus-galli. A seleção desta cultivar permitiu a identificação de vários locus gênicos associados à alelopatia, que pode permitir futuramente a transferência de gens a outras cultivares ou a outras espécies.

Trabalhos desenvolvidos na UFRGS

Em nosso trabalho na UFRGS, foram avaliados em laboratório 41 genótipos de sorgo, provenientes de empresas estatais e privadas, quanto à produção da substância alelopática chamada sorgoleone. Sorgoleone, liberado por raízes de sorgo, é um dos poucos compostos alelopáticos que tem o mecanismo de ação conhecido. Sorgoleone inibe o fluxo de elétrons do fotossistema 2 da fotossíntese, assim como o herbicida atrazine (Gonzalez et al., 1997) . A partir desta investigação inicial, foram selecionados três genótipos (BR 304, com produção superior; BR 601, com produção intermediária e RS 11, com produção inferior de sorgoleone) para serem testados a campo, em 1999/2000, comparando seu potencial alelopático e ao mesmo tempo, investigando o efeito de diferentes quantidades de palha de cada genótipo na superfície do solo.

Tabela 1. Trabalhos conduzidos para seleção de cultivares/linhagens, em várias espécies cultivadas, segundo seu potencial alelopático. O último trabalho, que avaliou 111 cultivares de arroz, aponta na cultivar IAC-165, locais de genes responsáveis pelo fenômeno alelopático contra capim-arroz (Echinochloa crus-galli).

Espécie

Nº de cultivares/linhagens

Referência

Pepino

526

Putnam & Duke, 1974

Aveia

3000

Fay & Duke, 1977

20

Jocobi & Fleck, 1998

Girassol

13

Leather, 1983

Soja

280

Rose et. al., 1984

Sorgo

20

Alsaadawi et. al., 1986

25

Nimbal et al., 1996

Arroz

12000

Olofsdotter, 2001

111

Olofsdotter, 2001

As avaliações do efeito alelopático sobre plantas daninhas foram conduzidas em duas fases distintas: antes e após a dessecação das plantas de sorgo. Em nenhuma destas fases observou-se efeito diferenciado sobre plantas daninhas das cultivares de sorgo, nem destas para milheto (usado como testemunha), indicando a inexistência de efeito alelopático. No entanto, houve redução exponencial das plantas daninhas (papuã e guanxuma) com o aumento das quantidades de palha das cultivares de sorgo e de milheto na superfície do solo, caracterizando a importância do efeito físico em reduzir a emergência de plantas daninhas.Embora neste experimento não se constatou efeito alelopático a campo, em experimento conduzido em placas de petri, em laboratório, a adição de sorgoleone em doses crescentes sobre papel filtro, resultou em redução exponencial do tamanho da radícula (Figura 2) e do caulículo de plantas de picão-preto, evidenciando o efeito alelopático nestas condições. Especula-se que os fenômenos de adsorção e degradação microbiana sejam responsáveis pela não verificação de alelopatia de sorgoleone a campo. Trabalhos estão sendo desenvolvidos para comprovar esta hipótese.Perspectivas futuras no manejo e controle com alelopatia

Um panorama favorável existe para o uso da alelopatia no manejo de culturas. Grandes avanços têm sido obtidos graças a melhorias significativas nas técnicas e na instrumentação e à abordagem do assunto em vários níveis (campo, casa-de-vegetação, laboratório) e de forma interdisciplinar.Progressos significativos têm sido obtidos no isolamento, identificação e caracterização das moléculas responsáveis pela alelopatia, bem como no estudo de seu comportamento no ambiente. Estes trabalhos podem servir de base para a síntese química, ou à produção em meio de cultura, destas substâncias, ou mesmo para a manipulação de sua molécula para obter-se compostos com maior eficiência biológica e diminuir o impacto negativo ao ambiente. Além disso, em algumas culturas, como o arroz, há identificação de materiais com maior efeito alelopático para algumas espécies daninhas, o que abre a possibilidade de transferência de genes responsáveis pela alelopatia para outras plantas, através de técnicas de melhoramento convencional ou de biotecnologia.Referências bibliográficas

Alsaadawi, I.S. Al-Ugaili,J.K.; Al-Rubeaa, A.J. et al. Allelopathic supression of weed and nitrification by selected cultivars of Sorghum bicolor (L.). Journal of Chemical Ecology, v. 12, p. 209-219, 1986.Fay, P.K.; Duke, W.B. An assessment of allelopathic potencial in Avena germplasm. Weed Science, v. 5, p. 224-228, 1974.Gonzalez, V.M.; Kazimir, J.; Nimbal, L. et al. Inhibition of a photosystem II eletron transfer reaction by the natural product sorgoleone. Journal of Agricultural And Food Chemistry, v. 45, p. 1415-1421, 1997.Jacobi, U.S.; Fleck, N.G. Avaliação do potencial alelopático de genótipos de aveia no final do ciclo. Planta Daninha, v. 16, p. 187-207, 1998.Leather, G.R. Sunflowers (Helianthus annuus) are allelopathic to weeds. Weed Science, v. 31, p. 37-42, 1983.Nimbal, C.I.; Pederson, J.; Yerkes, C.N. et al. Phytotoxicity and distribution of sorgoleone in grain sorghum germplasm. Journal of Agricultural And Food Chemistry, v. 44, p. 1343-1347, 1996.Olofsdotter, M. Rice - a step toward use of allelopathy. Agronomy Journal, v. 93, p. 3-8, 2001.Olofsdotter, M.; Mallik, A.U. Allelopathy symposium-Introduction. Agronomy Journal, v. 93, p. 1-2 , 2001.Putnam, A.R.; Duke, W.B. Biological supression of weeds: evidence for allelopathy in accessions of cucumber. Science, v. 185, p. 370-372, 1974.Rose, S.J.; Burnside, O.C.; Specht, J.E. et al. Competition and allelopathy between soybeans and weeds. Agronomy Journal, v. 76, p. 523-528, 1984.Roth, C.M.; Shroyer, J.P.; Paulsen, G.M. Allelopathy of sorghum on wheat under several tillage systems. Agronomy Journal, v. 92, p. 855-860, 2001.