Fungos ectomicorrízicos no Brasil: panorama atual e perspectivas futuras

1. Fungos ectomicorrízicos no Brasil: panorama atual e perspectivas futuras Admir Giachini Departamento de Microbiologia - UFSC

2. Ectomicorrizas no Brasil • 1. Introdução • Os simbiontes vegetais • Estudos de diversidade fúngica • Caracterização de espécies • Isolamento e manutenção de isolados • Testes de compatibilidade e eficiência • Testes de agressividade e permanência dos fungosno viveiro e no campo • As perspectivas para os inoculantes ectomicorrízicos

3. Ectomicorrizas no Brasil • Os simbiontes vegetais • No mundo: > 4 bilhões de ha (SBS, 2008) • 47 % florestas tropicais • 33 % florestas boreais • 11% florestas temperadas • 9 % florestas subtropicais • Brasil, EUA, Rússia, China e Canadá (> 2 bilhões ha) • Ectomicorrizas em praticamente todos

4. Vegetação Sub-alpino Florestas de coníferas Forma de Nitrogênio Florestas tropicais Orgânico Pampas Amônio Tipo de Micorriza Ericóide Nitrato Ecto Arbuscular Decréscimo de latitude ou longitude Adaptado de Sylvia, 1991

5. Ectomicorrizas no Brasil • Os simbiontes vegetais (SBS, 2008) • Reflorestamentos e o impacto econômico • Aumento na área reflorestada em + de 4 % nos últimos 2 anos no Brasil • No mundo movimento de mais de US$ 10 trilhões (3 % do comércio mundial) • No Brasil cerca de 4 % do PIB (± US$ 45 bilhões/ano) • Empregos: florestas plantadas cerca de 9 milhões • Exportações brasileiras em 2007: US$ 160 bilhões (17 % > que 2006)

6. Ectomicorrizas no Brasil • Os simbiontes vegetais (SBS, 2008) • Reflorestamentos e o impacto econômico

7. Ectomicorrizas no Brasil • Estudos de diversidade fúngica (43 citações) • Singer 1950 • Singer & Digilio 1951 • Singer 1953 • Singer & Digilio 1957 • Rick 1961 • Singer 1964 • Guzmán 1970 • Singer & Araújo 1979 • Krügner & Tomazello Filho 1981 • Singer et al. 1983 • Schawn1984 • Kasuya 1988 • Rajchenberg & Meijer 1990 • Raithelhuber 1991 • Meijer & Baird 1992 • Bas & Meijer 1993 • Guimarães 1993 • Stivje & Meijer 1993 • Putzkeet al. 1994 • Giachini 1995 • Coelho et al. 1997 • Watling & Meijer 1997 • Kasuya 1988 • Buyck & Meijer 1999 • Guerrero & Homrich 1999 • Putzke 1999 • Giachiniet al. 2000 • Meijer 2001 • Carvalho & Amazonas 2002 • Silva 2002 • Puntzke 2003 • Cortez & Coelho 2005 • Sobestiasnky 2005 • Andreazza 2006 • Baseia et al. 2006 • Meijer 2006 • Mello et al. 2006 • Sulzbacheret al. 2007 • Cortez et al. 2008 • Karstedt & Stürmer 2008 • Meijer 2008 • Cortez 2009 • Sulzbacheret al. 2010

8. Ectomicorrizas no Brasil • Estudos de diversidade fúngica • Amanita (9 espécies) • Austroboletusfestivus • Boletinellus (2 espécies) • Boletus (2 espécies) • Calostomazanchianum • Cantharellus(3 espécies) • Chaciporuspiperatus • Chondrogaster(3 espécies) • Clavulinaaff. rugosa • Coltricia(6 espécies) • Coltriciellaoblectabilis • Cortinarius (4 espécies) • Descomyces(3 espécies) • Entolomabloxamii • Gloeocantharelluscorneri • Gyroporuscastaneus • Hebelomasacchariolens • Hydnangiumcarneum • Hydnotonthelephorus • Hymenogastervulgaris • Hysterangium(4 espécies) • Inocybe(16 espécies) • Labyrinthomycesvarius • Laccaria(9 espécies) • Lactarius(12 espécies) • Leucogasterbraunii • Neopaxillusechinospermus • Octaviania(3 espécies)

9. Ectomicorrizas no Brasil • Estudos de diversidade fúngica • Paxillus(2 espécies) • Phaeoclavulina (7 espécies) • Phlebopus (3 espécies) • Phyllobolitesminiatus • Phylloporiaspathulata • Pisolithus(5 espécies) • Ramaria (7 espécies) • Rhizopogon(7 espécies) • Russula(11 espécies) • Sarcodonatroviridis • Scleroderma (12 espécies) • Sclerogasterluteocarneus • Setchelliogastertenuipes • Suillus (5 espécies) • Tapinellapanuoides • Thelephora (5 espécies) • Tricholoma (8 espécies) • Tylopillussp. • Xerocomus (3 espécies)

10. Ectomicorrizas no Brasil • Estudos de diversidade fúngica • Muito a ser feito • Estudos de prazo mais longo • Estudos que englobem corpos de frutificação, mas também micorrizas • Estudos de populações fúngicas • Avaliação da persistência dos fungos no campo • Avaliação da colonização em função da sazonalidade • Avaliações continuadas tanto em florestas nativas quanto florestas introduzidas • Avaliação de crossing over fúngico entre as essências florestais

11. Ectomicorrizas no Brasil • Caracterização de espécies • Identificação morfológica x identificação molecular • Definição dos objetivos do estudo • Definição das regiões a ser amostradas: • DNA mitocondrial • DNA nuclear • Dificuldades de caracterização (baseado principalmente em espécies do hemisfério Norte) • Criação de um banco de dados com informações dos fungos Brasileiros • Definição dos algoritmos para análise (concordância entre os estudos)

12. Ectomicorrizas no Brasil • Isolamento e manutenção de isolados • Porque isolar? • Quando isolar? • De onde e como isolar • Definição dos melhores meios de cultivo • Utilização de antibióticos • Adição de compostos via filtração (tiamina, p.e.) • Como manter? • Como garantir a identidade do isolado in vitro? • Isolei, e agora, pra que serve?

13. Ectomicorrizas no Brasil • Testes de compatibilidade e eficiência • Falta de informação sobre compatibilidade do fungo em relação a diferentes espécies de simbiontes • Determinação das condições de formação da simbiose • Confirmação da manutenção da associação • Busca de metodologias para garantir a associação: • Alterações nas condições nutricionais da planta? • Aditivos no plantio? • Mix de espécies fúngicas? • Melhoramento genético dos fungos? • ???

14. Ectomicorrizas no Brasil • Testes de agressividade e permanência dos fungos no viveiro e no campo • Determinar as condições da associação • Propiciar as melhores condições para o fungo • Avaliar a agressividade e permanência dos fungos no viveiro • Avaliar a agressividade e permanência dos fungos no campo • Normalmente 4 meses depois de introduzidos os fungos introduzidos desaparecem (Oliveira et al. 1994) • Como driblar esse problema? • Determinar as condições que potencializam a permanência da associação pretendida

15. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas para os inoculantes ectomicorrízicos • Diferentes tipos de inoculantes • Molina & Trappe 1982 • Brundettet al. 1996 • Costa et al. 1997 • Rodrigues et al. 1999 • Alves et al. 2001 • O uso de serrapilheira: vantagens e desvantagens • Suspensão de carpóforos em pó: vantagens e desvantagens • Cultivo em substrato líquido • Cultivo em substrato sólido: turfa + vermiculita • Paradigma das altas fertilizações • Falta de dados comprobatórios da real eficiência da inoculação

16. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • China, França, EUA, Austrália, Brasil, etc. • Fungos geneticamente modificados: • Expressar toxinas inseticidas • Expressar genes inibidores de proteinases • Expressar fatores quelantes na presença de metais (não absorção) • Expressar genes que atuem na inibição da população de patógenos • Técnicas de mutagênese

17. SIMBIONTE PROTOPLASTO cDNA MICROARRAYS CARIOTIPAGEM MUTAGÊNESE TRANSFORMAÇÃO Identificação de genes expressos diferencialmente Sequência temporal da expressão de genes relacionados à simbiose Tamanho do genoma Localização dos genes Variabilidade genética Identidade e papel de genes relacionados à simbiose Adaptado de Costa et al. (2004)

18. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Seleção de fungos eficientes na sobrevivência e crescimento dos simbiontes vegetais • Capacidade de se associar à planta de interesse (compatibilidade) • Capacidade de promover o crescimento das plantas (eficiência) • Capacidade de crescer em cultivos industriais (larga escala) • Habilidade de disponibilizar P • Habilidade de utilizar fontes orgânicas de N (decomposição de proteínas, etc.) • Capacidade capilar (manto) • Habilidade de solubilizar minerais (P, K, etc.)

19. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Seleção de fungos eficientes na sobrevivência e crescimento dos simbiontes vegetais • Habilidade de absorver e imobilizar metais (reduzir toxicidade do simbionte vegetal) • Capacidade de promover crescimento do simbionte vegetal em solos erodidos ou poluídos (carvão, Cu, etc.) • Capacidade de tolerar estresses físicos, químicos e biológicos envolvidos na produção

20. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Produção de inoculantes • Deve propiciar o armazenamento, transporte, e manutenção da viabilidade do fungo garantindo a simbiose • Deve ser compatível com o simbionte vegetal • Deve estar livre de patógenos • Os custos devem ser compatíveis

21. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Tipos de inoculantes • À base de solo (pedaços de raízes, esporos, outros propágulos, etc.) • Fácil obtenção • Risco de patógenos • Alta variabilidade • À base de esporos • Fácil obtenção • Possibilidade de peletização • Na forma de suspensão (irrigação) • Alta variabilidade • Disponibilidade sazonal

22. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Tipos de inoculantes • Culturas puras • Fungos isolados • Disponibilidade sem sazonalidade • Possibilidade de aumento de escala • Baixa variabilidade genética • Baixos riscos de patógenos associados • Possibilita estudos de eficiência do isolado previamente à sua utilização

23. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Tipos de inoculantes • Cultivo sólido - vantagens • De certa forma diminui os riscos de contaminação pela ausência de água livre • Ainda é o método mais empregado em mistura turfa+vermiculita • Produção pode ser efetuada em sacos ou frascos • O cultivo se dá por 2-4 meses • Empregada nos EUA, França, México, Brasil, Libéria, etc. • Fungos mais empregados: Pisolithus, Hebeloma, Laccaria, Suillus, Cenococcum, Thelephora, etc.

24. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Tipos de inoculantes • Cultivo sólido - limitações • Matriz não é homogênea (lotes distintos) • Difícil de controlar pH, O2 e T • Difícil de predizer o sistema de cultivo • Partículas grandes (> 3 mm Ø) podem apresentar condições anaeróbicas no interior e aeróbicas na superfície • Pode ocorrer autolimitação pelo acúmulo de calor • Apresenta dificuldades para a esterilização do substrato • Necessidade de grandes espaços para armazenamento • Custos podem aumentar

25. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Tipos de inoculantes • Cultivo submerso (líquido) - vantagens • Fácil mistura • Permite uniformidade • Permite rápida modificação das condições de cultivo (pH, O2dissolvido, T, velocidade de agitação e concentração de nutrientes) • Não necessita de grandes espaços para armazenamento • O período de produção é mais curto • Facilita a automação do processo: biorreatores

26. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Tipos de inoculantes • Cultivo submerso (líquido) - vantagens • Tem se demonstrado mais eficiente no campo • Possibilidade de armazenamento por até 6 meses sem perda da viabilidade do fungo (Rhizopogon 18 meses – Oliveira et al. 2006) • Possibilidades de produtividades em biorreator de até 1 g.L-1.dia-1 • Rossi (2006) mostrou que 1 biorreator de 5 L tem capacidade de produzir, numa única batelada, inóculo suficiente para inocular mais de 300.000 plântulas, o suficiente par 200 ha de plantio

27. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Tipos de inoculantes • Cultivo submerso (líquido) - vantagens • Possibilita o encapsulamento do micélio (pellets de alginato de Ca, por exemplo) • Possibilidade de adicionar aditivos ao pellet para melhorar a estabilidade e a conservação • Possibilidade de preparar o inoculante com mais de um tipo de microrganismo • Possibilidade de dispersão mais uniforme do inoculante no substrato de plantio

28. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • Tipos de inoculantes • Cultivo submerso (líquido) - limitações • Baixa velocidade de crescimento de muitos fungos ectomicorrízicos facilitando contaminações • Falta de informação sobre a engenharia do processo • Falta de informação sobre a fisiologia e bioquímica do crescimento dos fungos em meio líquido • Dificuldade de escalonamento para níveis industriais

29. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • A demanda de inoculantes • No mundo: • Consumo de madeira em 2005 = 3 bilhões de m3 (United NationsOrganization2006) • Assumindo uma produção de 400 m3/ha = 12 bilhões de mudas/ano • Inoculantes (caso fossem inoculadas) = 4,3 t de biomassa fúngica/ano • Biorreator airlift com capacidade de 50-100 L com 2 cultivos mensais = necessidade de 1168 biorreatores além de uns 420 biorreatores menores para a produção do inóculo inicial • Necessidade de produzir 7.700 kg de biomassa fúngica/ano

30. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • A demanda de inoculantes • No Brasil: • Cerca de 1,13 bilhões de mudas/ano (Pinus e Eucalyptus) • Utilizando 3-5 g de biomassa fúngica/m3 de substrato (Garbaye 1990) suficiente para inocular cerca de 14 mil mudas • Necessidade de 726 kg de biomassa fúngica/ano • Biorreator airlift com capacidade de 50-100 L com 2 cultivos mensais = necessidade de 110 biorreatores além de uns 40 biorreatores menores para a produção do inóculo inicial

31. Ectomicorrizas no Brasil • As perspectivas biotecnológicas para os fungos ectomicorrízicos • A demanda de inoculantes • Custo de uma muda micorrizada com selo de certificação = R$ 0,20 • Custo do inoculante para o produtor = R$ 0,02 • Custo de produção inferior a R$ 0,5/planta • Ganhos pela inoculação de 10 a 400 % • Assim, um custo de 10 % na produção é insignificante em relação ao benefício de 10 % de madeira produzida • O potencial do mercado de inoculantes no Brasil é superior a R$ 23 milhões/ano

32. CONSIDERACOES FINAIS • Incentivar e incrementar estudos de diversidade, distribuicao e entendimento dos habitats de ocorrência dos fungos ECM (em florestas com plantas nativas e exóticas) • Incentivar e incrementar estudos de isolamento e caracterização de espécies ECM • Incentivar estudos de micorrização controlada das espécies isoladas visando a obtenção de isolados compatíveis, eficientes e agressivos tanto para plantas no viveiro quanto no campo

33. CONSIDERACOES FINAIS • Aumentar os estudos de produção de inoculantes de forma industrial: cinética de crescimento, determinação dos parâmetros de cultivo, técnicas de veiculação da biomassa fúngica, armazenamento e viabilidade do inoculante, aplicação, etc. • Criar uma mentalidade biotecnológica nas empresas de reflorestamento, órgãos responsáveis pela recuperação de áreas degradadas sobre a importância e3 benefício das associações micorrízicas, demonstrando que é possível através dessas técnicas atingir resultados promissores e satisfatórios

34. CONVITE • Curso de Micorrizas (especialmente ECM) • Ministrante: Dr. Martin Ryberg, Universityof Tennessee, EUA • Local: UFSC, Florianópolis • Data: 24 a 27 de Novembro de 2010 • Horário: 08:00-12:00 e 14:00-18:00 • Organizador: Curso de Pós-graduação em Biotecnologia e Biociências • Número de vagas: 20 • Créditos: 02 • Horas aula: 30

35. CONVITE • Programação

36. OBRIGADO