Avaliando as plantas daninhas. Invasividade -...

Avaliando as plantas daninhas. Invasividade

Robinson Antonio Pitelli

UNESP JaboticabalUNESP Jaboticabal

Avaliando as plantas daninhas Avaliando as plantas daninhas

Em culturas geneticamente modificadas a pertinência• Em culturas geneticamente modificadas, a pertinência das avaliação de risco das plantas daninhas está bastante ligado ao propósito da modificação genética.

• São componentes desta avaliação de risco – Seleção de flora– Desenvolvimento de populações resistentes

Incremento da agressividade de algumas plantas– Incremento da agressividade de algumas plantas silvestres ou mesmo cultivadas

– Desenvolvimento de feralidade vegetalg

Culturas geneticamente modificadas t l â i h bi idpara tolerância aos herbicidas

• Quando se tratam de comunidades infestantes de agroecossistemas, o único propósito de modificação genética que traz grandes alterações é a tolerância aos herbicidas

• São alterações bastante previsíveis

• Neste caso há dois riscos importantes• Neste caso há dois riscos importantes

Riscos previsíveisRiscos previsíveis

• Seleção de flora (weed shiftting)

• Formação de populações resistentes (weed resistance)

Seleção de floraSeleção de flora

• É um processo ligado ao herbicida como fator de seleção e razoavelmente previsívelp

• Trata-se de uma seleção de espécies tolerantes frente às aplicação de herbicidas.de herbicidas.

• Há razoável possibilidade de previsibilidade quando o herbicida já é utilizado em outras culturasutilizado em outras culturas– Ex: glifosato vS Commelina benghalensis


• A seleção de flora já era bastante conhecida antes da introdução de qualquer cultura geneticamente modificada no mundo

• Nos anos 70-80 houve intensa seleção de Euphorbia heterophylla e Brachiaria plantaginea no sul do Brasil com a utilização da combinação de trifluralin e metribuzin na cultura da soja e triazinasno milho em rotação.

• Nos anos 90, esta seleção passou a ser importante nesta mesma região para Spermacocce latifolia, Cardiospermum halicacabum, com a utilização de trifuralin em combinação com imidazolinonas ou sulfoniluréia

A previsibilidade da seleção de flora pode ser realizada com os própriospode ser realizada com os próprios testes para registro dos herbicidas

O desenvolvimento de populações de plantas daninhas resistentes aosplantas daninhas resistentes aos

herbicidas

Planta daninha resistente à herbicida Planta daninha resistente à herbicida

• O conceito de resistência de planta à um herbicida é tãoO conceito de resistência de planta à um herbicida é tão antropocêntrico quanto a própria definição de planta daninha.

• A biologia não reconhece plantas como deliberadamente daninhas:• A biologia não reconhece plantas como deliberadamente daninhas: são plantas pioneiras, tóxicas, espinescentes e outras que, de alguma forma, atentem contra os interesses econômicos e sociais do homemdo homem.

Da mesma formaDa mesma forma

• Em relação à uma determinado fator ecológico limitante ou fatal, a ç g ,biologia reconhece– Plantas susceptíveis– Plantas tolerantesPlantas tolerantes

• Esta susceptibilidade ou tolerância sempre está relacionada a uma determinada intensidade e tempo de atuação do fatordeterminada intensidade e tempo de atuação do fator

A natureza do herbicida A natureza do herbicida

• Força de pressão seletiva sobre plantas daninhas

• Sendo produtos de origem natural ou artificial, a dose, a época e a freqüência de aplicação são definidas pelo homem daí, o caráter antropocêntrico desta pressão ambiental.

• Lembrar que na própria definição de plantas daninhas resistentes há a relação com a dose e época recomendadas em populações que anteriormente eram controladas nesta condição (populações susceptíveis)

A natureza reconhece dois biótipos de organismos dentro de uma espécie em relação a uma determinada

pressão de seleção , no caso o herbicida.

• O biótipo é considerado susceptível (S) quando o herbicidaO biótipo é considerado susceptível (S) quando o herbicida promove a morte ou paralisação expressiva do crescimento da planta daninha na dose recomendada.

• O biótipo é chamado de (T) tolerante quando até na dose recomendada do herbicida não há efeitos expressivos na sobrevivência e crescimento da planta daninha.sobrevivência e crescimento da planta daninha.

• Não há qualquer consideração a ser feita para doses acima da dose recomendada porque legalmente não há aplicação (na teoria)recomendada, porque legalmente não há aplicação (na teoria).

Até neste momento estamos referindoAté neste momento estamos referindo à susceptibilidade ou tolerância ao

nível de indivíduonível de indivíduo.

E se falarmos em termos populacionais.

População susceptível ou planta d i h tí ldaninha susceptível

• Uma população é considerada susceptível quando a maioria ou a totalidade de seus indivíduos são do biótipo S e sofre expressivo prejuízo à aplicação do herbicida.

•

População tolerante ou planta daninha t l ttolerante

• Uma população é considerada tolerante quando a maioria ou a totalidade de seus indivíduos são do biótipo T e não sofre prejuízo em sua dinâmica populacional frente à aplicação do herbicida.

•

O desenvolvimento da resistência


A t à li ã d h bi id fi i t• Ante à aplicação de um herbicida eficiente.

•



Redução da competição inter e intraespecifica

Farta produção de sementes do biótipo T

Redução do banco de sementes do biótipo S

•

No próximo ano agrícolaNo próximo ano agrícola

A t à li ã d h bi id fi i t• Ante à nova aplicação de um herbicida eficiente.

•





•


• .




•

Alguns anos agrícolas apósAlguns anos agrícolas após


•

Fato novoFato novo

• A população não foi controlada

• Que população é esta ?

• Susceptível: não pois não há mais redução populacional pelo fator• Susceptível: não, pois não há mais redução populacional pelo fator de seleção, no caso, o herbicida

Tolerante: não esta não é uma característica da espécie• Tolerante: não, esta não é uma característica da espécie

Qual seria a designação !!!!g ç

• Tal qual o melhoramento genético das culturas, foi uma ação h l i l ã dif i dhumana que selecionou esta população diferenciada

• População diferenciada maioria de indivíduos tolerantes numa população outrora susceptível

• População Resistente• População Resistente

T t l ã t lTanto a seleção natural como o desenvolvimento das populações resistentes estão ligadas à seleção

natural

Processos de evolução adaptativaProcessos de evolução adaptativa tanto ao nível de população como

de comunidadede comunidade

Processos envolvidos na evolução d t ti d l õadaptativa das populações

• Processos básicos– Mutação gênica

Alterações na forma e estrutura dos cromossomas– Alterações na forma e estrutura dos cromossomas– Recombinação genética– Seleção natural– Isolamento reprodutivo

• Processos acessórios– Hibridação ç– Migração– Efeito do acaso (fatores aleatórios)

Modificaçõescromossômicasestruturaisestruturais

Mutaçãogênica

Recombinaçãogenéticagenética

Atuam fornecendo uma grande gama de opções g g pçdisponíveis aos mais diversos processos

adaptativos das populações

Seleção naturalç

• Dirige a seleção no sentido de adaptação aos fatores limitantes do ecossistema

• Dirige a seleção no sentido de adaptação aos fatores limitantes do ecossistema

• Eficácia depende– intensidade

• Eficácia depende– intensidade– período de atuação– período de atuação

Seleção natural

Não há dúvida de que o fator de seleção, no caso, o herbicida é o fator fundamental para o desenvolvimento da resistência

numa população susceptível.

Biótipo tolerante

SelecionadosSelecionados

Ele dirige a evolução adaptativa para que sobrevivam apenas os indivíduos que sobrevivam e reproduzam ante à sua ação

Mas depende de outros atores fundamentais neste processo

Isolamento reprodutivop

• Evita o fluxo gênico entre populações que estão sofrendo o processo• Evita o fluxo gênico entre populações que estão sofrendo o processoPor isso, mosaico de culturas dificulta o desenvolvimento de • Evita o fluxo gênico entre populações que estão sofrendo o processo de seleção pelo herbicida daquelas que não estão.

Fundamental para a formação de populações resistentes

• Evita o fluxo gênico entre populações que estão sofrendo o processo de seleção pelo herbicida daquelas que não estão.

Fundamental para a formação de populações resistentes

resistência (se as culturas utilizarem herbicidas com diferentes modos de ação)

• Fundamental para a formação de populações resistentes

• Eficácia depende

• Fundamental para a formação de populações resistentes

• Eficácia depende

Extensas áreas de monocultura, facilitam o desenvolvimento de resistência devido ao isolamento reprodutivo das áreas mais

centrais em relação ao biótipos selvagens .

– Biologia reprodutiva da espécie – Facilidade e distância do fluxo gênico

– Tipo de agricultura desenvolvida na região

– Biologia reprodutiva da espécie – Facilidade e distância do fluxo gênico

– Tipo de agricultura desenvolvida na região

Áreas isoladas, mesmo que seja por vegetação natural, também podem ter isolamento reprodutivo suficiente para o

desenvolvimento de populações resistentesp g gp g gdesenvolvimento de populações resistentes

Hibridação e migraçãoç g ç

• Permite o fluxo gênico entre populações isolada genética ou • Permite o fluxo gênico entre populações isolada genética ou Há duas formas de hibridação bastante importantes no geograficamente, respectivamente

• Pode retardar ou incrementar a velocidade do desenvolvimento da

geograficamente, respectivamente

• Pode retardar ou incrementar a velocidade do desenvolvimento da

aparecimento de biótipos T numa população S.

O cruzamento inter‐específico, envolvendo um parental com

resistência

• Risco de culturas resistentes

resistência

• Risco de culturas resistentes

característica genética de resistência Ex: Amaranthus rudis a A. palmeri (Franssen et al, 2001) .

O cr amento inter específico com plantas geneticamenteRisco de culturas resistentesRisco de culturas resistentesO cruzamento inter‐específico com plantas geneticamente modificadas para tolerância aos herbicidas também é uma possibilidade frequente Ex: canola x brassicas invasoras

Fatores aleatóriosFatores aleatórios

• São fatores biologicamente não previstos que podem alterar o perfil genético das populações g p p ç

– Comercialização de sementes de azevem-resistente ao glifosato para facilitar o manejo de plantas daninhas emglifosato para facilitar o manejo de plantas daninhas em pastagem

Liberação de parentais geneticamente modificados com– Liberação de parentais geneticamente modificados com possibilidade de fluxo gênico via Pólen - canola

O incremento na agressividade de plantas silvestres ou planta cultivada

Características fundamentais para uma planta invasorauma planta invasora

Harper (1974)

• Elevada produção de diásporos;• Capacidade de produção de diásporos em larga faixa de condição

bi t iambientais;• Dotados de

– Adaptações para disseminação a curta e a longa distância;– diversos e complexos mecanismos de dormência;– elevada longevidade;– desuniformidade no processo germinativo;g– capacidade de germinação em muitos ambientes e– Produção contínua pelo maior tempo que as condições

permitirem

Características fundamentais para uma planta invasorauma planta invasora

Harper (1974)

• Desuniformidade nos processos de florescimento frutificação• Desuniformidade nos processos de florescimento, frutificação, brotação de gemas em tubérculos, bulbos ou rizomas;

• Rápido crescimento vegetativo e florescimento;p g

• Produção de estruturas reprodutivas diversas;

• Autocompatível mas não completamente autógama ou apomítica;Autocompatível mas não completamente autógama ou apomítica;

• Quando alógama, utilização de agentes de polinização inespecíficos ou o vento;

Características fundamentais para l t iuma planta invasora

Harper (1974)

• Se perene, vigorosa reprodução vegetativa ou regenração de fragmentos;

• Fragilidade na região do colo de modo não poder ser arrancada• Fragilidade na região do colo, de modo não poder ser arrancada totalmente do solo

• Alta habilidade de competição pela sobrevivência, utilizando mecanismos especiais como alelopatia, hábito trepador e outros;

Explorando o objetivo 01

Risco da formação de populações ferais em espécies cultivadas em decorrência do cultivo de plantas geneticamente modificadas (transgênicas) no Brasil,

O grau de domesticação da planta cultivada é um importante componente deste riscoé um importante componente deste risco

• A domesticação das plantas cultivadas baseou-se especialmente na retirada de suas mais importantes características de agressividade;

Eliminando a dormência das sementes;– Eliminando a dormência das sementes;

– Uniformizando a velocidade de germinação e emergência;

– Uniformizando e limitando o período de floração e frutificação;

– Reduzindo a competitividade, pois os estudos de competição de variedades eram realizadas em condições ótimas de fertilidade do solo, controle de pragas, doenças e plantas daninhas

– Inibindo dispersão espontânea.

– Alterando a arquitetura das plantas.


• Plantas com alto grau de domesticação e exóticas ► soja, milho ► sem parentais selvagens no Brasil, a probabilidade do desenvolvimento de população feral é mito baixa.

– Qual seria a possibilidade de que com a inserção de um gene, mesmo p q ç gque seja para resistência a um herbicida, tantas características fundamentais para o estabelecimento de uma planta sejam recuperadas.

• Risco muito baixo


• Plantas com baixo grau de domesticação e exóticas ► Plantas de pastagem como as dos gêneros Brachiaria, Pennisetum, Panicum ► a probabilidade do desenvolvimento de população feral altamente problemática é muito alta.

– Há grande possibilidade de que a tolerância aos herbicidas dificulte o controle destas plantas que já têm populações ferais em processo de adaptação

• Risco muito alto (Veja o Lolium e o gaúcho maluco)

São duas condições extremasSão duas condições extremas

• Há um grande gradiente entre estas duas situações extremas, com plantas com diferentes condições de domesticação (Plantas ornamentais)

• Há o caso específico do arroz que tem uma planta invasora da p q pmesma espécie: o arroz-vermelho.

– O arroz-vermelho pode ter seu “fitness” incrementado com aquisição dos genes de resistência a seca e tolerância a insetos e maior dificuldade de controle no caso de resistência a herbicidas

Considerações gerais do primeiro bj tiobjetivo

• Para as plantas cultivadas altamente domesticadas, a possibilidade de desenvolvimento de populações ferais é extremamente pequena e o risco pode ser considerado menos baixo.

• A medida que diminui o grau de domesticação, o risco de desenvolvimento de população feral aumenta levemente e cresce mais rapidamente para plantas de pastagens, plantas medicinais, geralmente com pequeno grau de domesticação.

E l d bj ti 02Explorando o objetivo 02

Ri d f ã d l õ “f i ” l d i h lRisco da formação de populações “ferais” em plantas daninhas ou plantas silvestres com o eventual fluxo gênico a partir da planta cultivada que seja

geneticamente modificada (incremento de agressividade e de competitividade)

Possibilidade de fluxo gênico d ddepende

• Espécies envolvidas– Soja, milho– SorgoSorgo– Arroz, canola– Algodão

• Biologia floral– Autogamas, alógamas – Monóicas, dióicas – Agentes de polinização– Abertura floral (variação sazonal e circadiana)

E i tê i d b i éti• Existência de barreiras genéticas

Conseqüências do fluxo gênico na agressividade das plantas silvestres g

receptoras

• Espécie envolvida

• Propósito da transformação genética

• Habitat da planta silvestre

• Interação dinâmica entre estes fatores citados

Transformação genética para t l â i à h bi idtolerância à herbicidas

Duas situações distintas

1. Planta infestante de agroecossistemas

– Conseqüência: redução drástica da eficácia de q çcontrole pelo herbicida

• Volta às práticas e variedades anteriores

• Rotação de culturas ou de variedades

• Integração de métodos de controle g ç

Transformação genética para t l â i à h bi idtolerância à herbicidas

2. Planta silvestre que apenas coloniza ambientes naturais

Conseqüência: o herbicida não constitui pressão de– Conseqüência: o herbicida não constitui pressão de seleção e a nova constituição genética não trará qualquer vantagem adaptativa para a planta.

– Risco de qualquer conseqüência é muito baixo.

Transformação genética para i tê i i t dresistência a insetos e doenças


– Conseqüência: menor pressão de predação pelos artrópodes e parasitas

– Previsão:

• para as áreas agrícolas ► efeito negligenciável já que será controlada como plantas daninhasserá controlada como plantas daninhas

• Caso atinja áreas silvestres ► plantas tipicamente R e C-R têm baixa competitividade e dificilmente se estabelecerão ► risco muito baixoestabelecerão ► risco muito baixo

Transformação genética para i tê i i t dresistência a insetos e doenças


– Conseqüência: a planta terá vantagem competitiva e terá sua importância relativa aumentada na comunidade vegetal da área.

• Vantagem competitiva será temporária já que deverá ocorrer co-evolução do predador ou parasita.

• Com a adaptação das populações de predadores ou parasitas à toxina, a planta silvestre geneticamente modificada perderá a vantagem competitiva e a sua importância relativa na comunidade deverá cairimportância relativa na comunidade deverá cair.

Transformação genética para i tê i f t biótiresistência a fatores abióticos


– Conseqüência: menor susceptibilidade às limitações impostas pelo biótopoimpostas pelo biótopo

– Previsão:

• para as áreas agrícolas ► poderá atingir áreaspara as áreas agrícolas ► poderá atingir áreas agrícolas novas ► o controle das plantas daninhas poderá minimizar o problema, mas passará a ser habitante natural do novo sistema

• Caso atinja áreas silvestres ► deverão se estabelecer definitivamente, caso o fator ecológico para o qual se tornou menos susceptivel fosse o seu fator limitante.

• Caso contrário: efeito negligenciável

Transformação genética para i tê i f t biótiresistência a fatores abióticos


– Conseqüência: menor susceptibilidade às limitações impostas pelo biótopo

– Previsão:

• A planta poderá colonizar outros locais aumentando definitivamente sua área de distribuição geográfica Nodefinitivamente sua área de distribuição geográfica. No começo sua capacidade invasora será elevada, mas deverá diminuir com a co-evolução de seus inimigos naturais.

Outros tipos de transformação étigenética

1. Produção da fármacos

2. Alteração do teor de lignina

3. Alteração das características bromatológicas

1. Óleo

2. Proteínas

3. Pigmetos

4. Alteração da cor de fibras, frutos

5. Aumento do tempo de prateleira

Considerações finaisç

• O desenvolvimento de biótipo invasor a partir de uma cultura agrícola é de risco praticamente nulo.

• O incremento de biótipo com maior dificuldade de controle a partir de plantas com baixo grau de domesticação como pastagens é possivel, embora estas plantas não devam ser alvos de modificação genética. Neste caso os GURTS poderiam visabilizar a tecnologia.

• O desenvolvimento e conseqüências de biótipo com maior poder de invasividade como resultado do fluxo gênico interespecifíco, depende do propósito de transformação genética e da espécie envolvida.

M i b i dMuito obrigado

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