o potencial evolutivo das "pragas" agrícolas
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Edivaldo Domingues Velini
Professor TitularFaculdade de Ciências Agronômicas / Unesp -Botucatu
Departamento de Produção e Melhoramento VegetalNúcleo de Pesquisas Avançadas em Matologia
O POTENCIAL EVOLUTIVO DAS “PRAGAS” AGRÍCOLAS
“Pragas”: Doenças, plantas daninhas e pragas efetivamente
Tipos de inovação:
De produto De processo Organizacional Marketing
TDE ou TPD American Chemical Society – USAPesticide Science Society of JapanSociedade Brasileira de Proteção de Plantas - Brasil
A lei 11.105, de 2005, tornou o marco regulatório previsível e funcional contribuindo para um
ambiente juridicamente seguro, o que resultou em maiores investimentos e inovação em
biotecnologia.
Evolução das Liberações Comerciais de OGMs
• 85% das liberações comerciais são voltadas à agricultura, pecuária e produção florestal
• Aproximadamente ~1% das decisões da CTNBio se referem a Liberações Comerciais
•A produção havia estabilizado em 120 milhões de t até 2006.
•A partir de 2007 a produção cresceu continuamente alcançando 200 milhões de t.
•A principal justificativa para o crescimento é a incorporação das biotecnologias.
•Consequências socioeconômicas já apresentadas. .Fonte / Source: IBGE, ABRASCO, MAPA e Conab
Balança comercial brasileira – 1989 a 2014
A partir de 2006, a grande evolução do superávit comercial agrícola é acompanhada do colapso da balança comercial dos demais setores.
O superávit da agricultura tem sido fundamental para a estabilidade brasileira. Fonte / Source: SECEX/MDIC
Evolução das Liberações Comerciais de OGMs
• Predominância de eventos combinados.
• Posicionamento frente a novas tecnologias: RNAi; edição genômica e outras.
Sobre as similaridades em termos de biologia e manejo de pragas, doenças e plantas daninhas• A divisão do conhecimento em ciências
ou especialidades é apenas um artifício para simplificar o ensino e aprendizagem
• Em termos naturais, não há limites entre as ciências
• Muitos conceitos e processos são similares, mesmo em ciências que tratam de organismos completamente distintos
unesp
Prejuízos aos sistemas de produção Efeitos sobre as culturas e seus
produtos
Efeitos dos métodos de controleReduções de produtividade e ou qualidadeAumento do custo de produçãoContaminações
unesp
Diversidade genética• Tradicionalmente admitia-se que o conjunto de genes
de uma determinada espécie era quase constante e esporadicamente alterado por uma mutação.
• Hoje sabemos que apenas uma fração dos genes é expressa e que muitos genes estão envolvidos no controle dessa expressão, sendo possível a produção de muitos fenótipos a partir de um único genótipo.
• Epigenética: características que são estáveis ao longo de diversas divisões celulares mas que não envolvem mudanças na sequência de DNA do organismo. Exemplos: Metilação e modificação pela histona.
• Splicing é um “fenomeno” frequente. Em humanos, pode ocorrer em 40-60% dos genes.
Fonte: Gould (1991)
Fonte: Gould (1991)
Epigenética
https://en.wikipedia.org/wiki/Epigenetics#/media/File:Epigenetic_mechanisms.jpg
Genoma de Aedes aegypti: 16.789 proteínas sendo 1.370 produzidas por splicing.Fonte: The Aedes aegypti Project. http://www3.nd.edu/~dseverso/genome.html)
Genoma de insetos
Iniciativas similares para fungos e algumas plantas daninhas
Características de “Pragas” Plasticidade genotípica Plasticidade fenotípica Complexidade / Habilidade reprodutiva Capacidade de dispersar (espaço / tempo) Adaptação às condições ambientais Resistem ao controle
unesp
Label addition for Cobra® (lactofen)
Pictures From Duke (2006)
Glutamate(in plants)
aminolevulinate
porphobilinogen
uroporphyrinogen III
protoporphyrinogen IXprotoporphyrin IX
Mg chelatase
Mg protoporphyrin IX
Clorophyll a
porphyrinogen IX oxidase
Light
Mg
Fe chelatase
HEME
Fe
feedback regulation
peroxidasecatalase
cytochroms
Glycine and Succinyl-Coa(in humans)
Glutamate(in plants)
aminolevulinate
porphobilinogen
uroporphyrinogen III
protoporphyrinogen IXprotoporphyrin IX
Mg chelatase
Mg protoporphyrin IX
Clorophyll a
porphyrinogen IX oxidase
Light
Mg
Fe chelatase
HEME
Fe
feedback regulation
peroxidasecatalase
cytochroms
Glycine and Succinyl-Coa(in humans)
Porphyrin, Heme and Clorophyll Synthesis in Plants and Humans
Síntese de Heme e clorofila em Plantas e Humanos
unespunesp
Gene Les22, porfirinas e doenças
Gongshe et al. (1998); Taylor (1998)
Some organophosphate compounds can block clomazone “activation”
Clomazone
5-OH Clomazone
5-Keto Clomazone
P450-monox.
OH
O
Ferhatoglu et al. (2005)
X
Dietholate
Phorate
Dietil fosforoditioato
Malathion
Widely used to avoid clomazone induced bleaching in cotton and rice
unespTardif, F.J., Powles, S.B. (1999) Effect of malathion on resistance to soil-applied herbicides in a population of rigid ryegrass (Lolium rigidum). Weed Science, 47, 258-261Preston, C, Powles, S.B. (1998) Amitrole inhibits diclofop metabolism and synergises diclofop-methyl in a diclofop-methyl-resistant biotype of Lolium rigidum. Pest. Biochem. Physiol. 62, 179-189.
Preston, C., Powles, S.B. (1997) Light-dependent enhanced metabolism of chlorotoluron in a substituted urea herbicide-resistant biotype of Lolium rigidum. Planta 201: 202-208.
Hall, L.M., Moss, S.R., Powles, S. B. (1997) Mechanisms of resistance to aryloxyphenoxypropionate herbicides in two resistant biotypes of Alopecurus myosuroides: Herbicide metabolism as a cross-resistance mechanism. Pest. Biochem. Physiol. 57: 87-98.
Helvig, C., Tardif, F.J., Seyer, A., Powles, S.B., Mioskowski, C., Durst, F., Salaun, J.P. (1996). Selective inhibition of a cytochrome P450 enzyme in wheat that oxidises both the natural substrate lauric acid and the synthetic herbicide diclofop. Pest. Biochem. Physiol. 54:
Preston, C., Tardif, F.J., Christopher, J.T., Powles, S.B. (1996) Multiple resistance to dissimilar herbicide chemistries in a biotype of Lolium rigidum due to enhanced activity of several herbicide degrading enzymes. Pest. Biochem. Physiol. 54: 123-134.
Hall, L.M., Moss, S.R., Powles, S.B. (1995) Mechanism of resistance to chlorotoluron in two biotypes of the grass weed Alopecurus myosuroides. Pest. Biochem. Physiol. 53: 180-182.
Christopher, J.T., Preston, C., Powles, S.B. (1994) Malathion antagonises metabolism-based chlorsulfuron resistance in Lolium rigidum. Pest. Biochem. & Physiol. 49: 172-182.
Burnet, M.W.M., Loveys, B.R., Holtum, J.A.M., Powles, S.B. (1993) A mechanism of chlortoluron resistance in Lolium rigidum. Planta. 190: 182-189.
Burnet, M.W.M., Loveys, B.R., Holtum, J.A.M., Powles, S.B. (1993) Increased detoxification is a mechanism of simazine resistance in Lolium rigidum. Pest Biochem & Physiol.46: 207-218.
Burnet, M.W., Hildebrand, O.B., Holtum, J.A.M., Powles, S.B. (1991) Amitrole, triazine, substituted urea and metribuzin resistance in a biotype of rigid ryegrass (Lolium rigidum). Weed Science, 39: 317-323.
Cytochrome P450 non target site based resistance
Tam et al (1988)
Ação do dietholate como extender
Bean et al (1990)
Ação do dietholate como extender
Merremia aegyptia Amaranthus spp Ricinus communis
FOTO: E. NEGRISOLI, 2008.
Evolução e adaptação de plantas daninhas
Imagens: Lorenzi et al. (2000)
Striga asiática
Orobranche ramosa
Commelina benghalensis
unesp
Calabrese & Baldwin (2003)
Hormesis ou efeito hormético
Calabrese e vários outros autores encontraram mais de 9000 exemplos envolvendo agrotóxicos, medicamentos e tratamentos com radiação.
Curvas de dose x resposta
Eucalyptus grandis
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 1 10 100 1000
glyphosate rates (g / ha)
% o
f the
che
ck
Root Weights
Leaf Weights
Stem Weights
Total Weights
Leaf Area
Velini et al (2008)
Variabilidade das doses pontuais ou unitárias
Spray deposits (uL/cm² or g/ha) expressed as percent of the value observed on the top flat position
100%41%
87%Carvalho (1999)a
average a = 65,84° and Cos a = 0.4093
Carvalho (1999): Effects of the shape of sugarcane planting furrows on soil applied herbicide deposition uniformity.
For non systemic herbicides, bleaching, necrosis or electron transport rate depend on the deposition in each part of the plant
Araldi(2014)
SoybeanGazziero et al (2006) uL / cm²
uL / plant
Freq
uenc
ies
%Fr
eque
ncie
s %
Gazziero et al (2006)
Euphorbia heterophylla
uL / cm²
uL / plant
Freq
uenc
ies
%Fr
eque
ncie
s %
uL / cm²
uL / plant
Freq
uenc
ies
%Fr
eque
ncie
s %
R. T. Souza (2002): Effects of electrostatic charging of the droplets on the variability of spray deposition and theoretical efficacy of glyphosate to control weeds in soybeans fields.
Spray deposition on 150 plants of Commelina benghalensis (Benghal dayflower) with 2 to 4 leaves
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0,5 1 1,5 2
Spray deposition (µL cm-² of leaf area)D
ensi
ty o
f pro
babi
lity
Within the rows
Between the rows
Accumulated frequencies uL/cm² uL/cm²Within the rows Between the rows
1% 1.5 3.05% 2.5 4.250% 6.0 8.795% 12.3 15.099% 16.0 19.5
Velini and Antuniassi (2015)
Spray volume: 825-927L/ha
Six applications under normal operating and weather conditions
60 leaves in each position
Detecção por condutividade elétrica
Papel de Filtro Úmido
Extraçao superior a 90%Permite quantificação em diferentes regiões e faces da folha
60 leaves in each position
Spray volume: 825-927L/ha
Six applications under normal operating and weather conditions
Applications uL/cm2 uL/cm2 uL/cm2 % of the mean % of the mean uL/cm2 uL/cm2 % of total % of totalMinimum Mean Maximum Minimum Maximum Upper LS Lower LS Upper LS Lower LS
1 0,32 1,28 3,58 24,9 278,8 0,95 0,34 73,9 26,12 0,38 1,47 3,73 26,2 253,6 1,17 0,30 79,6 20,43 0,14 1,41 4,60 9,8 327,5 1,18 0,22 84,0 16,04 0,04 1,85 4,75 2,1 256,1 1,45 0,40 78,3 21,75 0,34 1,55 4,46 21,8 287,1 1,32 0,23 85,1 14,96 0,24 1,30 3,38 18,7 260,0 1,03 0,27 79,5 20,5
LS: Leaf Surface
Velini and Antuniassi (2015)
Velini and Carbonari (2015)
Velini and Carbonari (2015)
% of the planned rate % of the meanApplications Maximum Minimum Mean Drift Maximum Minimum
1 109,66 64,78 83,51 16,49 131,31 77,572 97,64 47,03 72,79 27,21 134,14 64,613 141,06 43,71 82,16 17,84 171,69 53,204 118,34 29,50 87,19 12,81 135,73 33,835 115,05 66,40 86,61 13,39 132,84 76,676 101,07 42,21 83,24 16,76 121,42 50,717 77,93 50,29 63,78 36,22 122,19 78,858 144,66 32,79 97,28 2,72 148,70 33,719 108,80 53,80 81,50 18,50 133,50 66,01
10 114,10 64,60 87,30 12,70 130,70 74,00
11 120,00 48,60 87,20 12,80 137,61 55,73
12 113,50 56,50 81,36 18,60 139,50 69,4413 107,70 29,80 70,90 29,10 151,90 42,0314 103,10 62,40 79,90 20,10 129,04 78,1015 110,10 67,10 87,10 12,90 126,41 77,0416 112,90 56,40 79,30 20,70 142,37 71,1217 99,50 70,10 84,00 16,00 118,45 83,4518 119,03 57,40 91,40 8,60 130,23 62,8019 116,60 41,60 80,32 19,60 145,17 51,79
20 109,90 73,10 86,50 13,50 127,05 84,51
21 106,10 59,90 78,80 21,10 134,64 76,02
22 108,50 39,10 71,40 28,60 151,96 54,76Minimum 77,93 29,50 63,78 2,72 118,45 33,71Mean 111,60 52,60 81,98 18,01 136,21 64,36Maximum 144,66 73,10 97,28 36,22 171,69 84,51
Herbicide dose in each plate ranged
from 33.71 to 171.69% of the
mean.
Dinâmica de produtos fitossanitários
Volatilização
VolatilidadePressão de vapor
TemperaturaPrecipitaçãoIrrigação
Sorção Fotodecomposição
Solubilidade IonizaçãopKa e pKb
AbsorçãoPlantas
Propágulos
Sensibilidade a luzComprimentos de onda absorvidos
Exposição a luz
K de partição no soloKd e Koc
LixiviaçãoDisponibilidade em soluçãoK de partição octanol água
Koa ou Kow
Cobertura do soloPalhada
Persistência – duração do período de controle
Degradaçãoquímica
Degradaçãomicrobiana
FormulaçãoAdjuvantes e aditivos
Tecnologia de aplicaçãoDeposição
Deposição
PLANTA
Absorção / Translocação
Metabolismo
SOLO
Sorção / colóides
solução
PALHA
Retenção
Remoção pela chuva
Perdas ou degradaçãoFotóliseMicrobiana QuímicaLixiviação Volatilização
Chuva ou irrigação
Mov. lateral e ascendente
Tecnologia
Adjuvantes e aditivos
Condições climáticas
APLICAÇÂO
Carregamento de gotas
Carregamento de vapor
Outras perdasDERIVA OU NÃO
DEPOSIÇÃO
Ambiente / Água
Culturas vizinhas
operadores
CONTAMINAÇÂO
Dinâmica de herbicidas
% de controle de Euphorbia heterophylla
0102030405060708090
100110
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110
Concentração - µg/g
% Controle com palha% Controle sem palha
Concentrações de amicarbazone Vs. Controle
Viabilidade do uso de aplicações sequenciais
ng / cm²Tratamentos Teor interno Teor Externo Teor Total % de absorção
Epox Piracl Epox Piracl Epox Piracl Epox PiraclSem Adjuvante 12,4 37,4 21,1 47,6 33,5 85,0 37,0 44,0Adjuvante 1 15,8 58,2 14,9 15,1 30,7 73,2 51,4 79,4Adjuvante 2 30,3 84,9 7,4 38,1 37,6 122,9 80,4 69,0
Adesão e penetração de fungicidas em soja
Trindade (2014)
Variations in pesticide doses under field conditions
• As doses individuais em plantas, folhas ou pequenas áreas de solo são altamente desuniformes.
• Em condições de campo, em pequena escala, as doses de defensivos agrícolas são desuniformes.
• Doses desuniformes exigem a aplicação de maiores doses médias para que níveis aceitáveis de controle sejam alcançados.
• Alguns indivíduos das espécies alvo de controle sobrevivem porque não receberam a dose necessária para que a intoxicação ocorra.
• Doses pontualmente ou individualmente desuniformes contribuem para a seleção de biotipos resistentes e para que as doses recebidas por alguns organismos sejam baixas o suficiente para que ocorram efeitos horméticos.
Conclusões específicas Nós temos nos esforçado e temos sido efetivos em
criar ambientes extremamente diversificados em termos de doses de defensivos agrícolas criando diferentes pressões de seleção.
Não consegui obter informações sobre a variabilidade das concentrações de proteínas com ação em pragas ou doenças.
“Pragas” respondem à pressão de seleção e se adaptam ao ambiente.
Resistem ao controle
unesp
Education of the farmers
Public extension services reach 22% of the farms
Minimum education or illiterate
incomplete elementary school
Elementary school
High schoolUndergraduate
Conclusões genéricas Para problemas fáceis bastam soluções simples /
individuais.
Todos os problemas simples já foram resolvidos. Só sobraram os difíceis.
Problemas difíceis demandam trabalho em rede e soluções complexas.
Os problemas que criamos ou causamos são os mais difíceis de solucionar.
Se um problema resulta de um padrão de comportamento, mudar este comportamento deveria ser ao menos parte da solução.
A falta de planejamento e a inércia no presente levarão à necessidade de decisões e ações emergenciais no futuro.
