Uso de alelopatia no manejo de plantas daninhas em arroz: avanços e obstáculos

Fausto Borges Ferreira1 e Nilson Gilberto Fleck21Eng. Agr., Mestre, Doutorando do Programa de Pós-graduação em Fitotecnia da Faculdade de Agronomia da UFRGS. Caixa Postal 15100, Porto Alegre-RS, 91501-970. E-mail: ffaustob@gmail.com2Eng. Agr., Ph.D., Professor Colaborador do Depto. de Plantas de Lavoura da Faculdade de Agronomia da UFRGS. Bolsista em Produtividade de Pesquisa do CNPq. E-mail: fleck@ufrgs.br.

O problema plantas daninhas e a necessidade de controle

A cultura do arroz está sujeita a uma série de fatores que, direta ou indiretamente, influenciam sua produtividade, dentre os quais as infestações de plantas daninhas ocupam lugar de destaque, face aos efeitos negativos que ocasionam ao seu desenvolvimento, produção de grãos e qualidade do produto final. Isto decorre do sistema de cultivo de arroz irrigado que propicia um hábitat especial para o crescimento de plantas daninhas neste agroecossistema. Assim, durante alguns meses da estação quente do ano, além de temperatura e luminosidade adequados ao crescimento vegetal, somam-se os efeitos favoráveis da umidade do solo abundante e da adição usualmente suficiente de nutrientes. Na presença de recursos do ambiente em níveis satisfatórios, o estabelecimento e o crescimento de diversas espécies daninhas são muito favorecidos. Isso torna estas plantas responsáveis pelos maiores problemas agronômicos da cultura, especialmente devido à interferência que ocasionam ao arroz cultivado, reduzindo de modo significativo a produtividade de grãos, além de outros efeitos indiretos que elas causam ao sistema produtivo do cereal.

O principal método de controle de plantas daninhas atualmente utilizado é o químico, através do uso de herbicidas seletivos. Em relação à utilização de herbicidas no cultivo de arroz irrigado no RS, não existe estatística precisa sobre a fração da área geral que é tratada, mas ela é muito significativa. Algumas estimativas indicam que ao menos 90% da área utiliza algum tratamento químico para controle de ervas e que esta percentagem pode chegar próximo de 100%. Além disso, deve-se considerar que, na maioria das situações, é comum a utilização simultânea ou seqüencial de dois herbicidas, e não é incomum o emprego de três produtos. Nos últimos anos têm-se buscado alternativas que possibilitem reduzir o uso desses produtos, procurando-se beneficiar o ambiente, reduzir o custo de produção e preservar a produtividade de grãos.

Melhoramento x manejo cultural de ervas

Os programas de melhoramento de plantas, sejam através dos métodos tradicionais ou com auxílio da biotecnologia, juntamente com a integração de programas de manejo diversificado de pragas e doenças, conseguiram substituir, em parte, os fungicidas e inseticidas sintéticos que eram utilizados com freqüência. No entanto, em relação às plantas daninhas, o desenvolvimento de culturas transgênicas resistentes aos herbicidas ainda não proporcionou uma redução significativa no montante de herbicidas usados, pois não se dispõe de nenhuma tecnologia que permita substituir completamente os herbicidas. Uma estratégia de manejo de plantas daninhas que tem sido pouco explorada refere-se às características de habilidade competitiva das cultivares de arroz. A incorporação de certas características que possam aumentar a capacidade de interferência da cultura sobre as plantas daninhas, possibilitando reduzir ou eliminar a necessidade de herbicidas, ainda é pouco explorada. Essa constitui-se numa estratégia que também permite melhorar a qualidade dos alimentos e reduzir a contaminação ambiental.

Dentre as características mencionadas, destaca-se a alelopatia, a qual engloba efeitos de interação química entre plantas vizinhas, capaz de influenciar positiva ou negativamente seu crescimento ou desenvolvimento. Compostos químicos com potencial alelopático estão presentes em quase todas as plantas e respectivos tecidos, incluindo raízes, ramos, gemas, folhas, flores, frutos e sementes. Em condições apropriadas de ambiente, essas fitotoxinas podem ser liberadas ao meio em quantidades suficientes de modo a afetar os indivíduos que crescem na vizinhança.

O potencial da alelopatia em arroz

A alelopatia em culturas tem sido pouco utilizada pelos agricultores como estratégia de manejo de plantas daninhas. No entanto, alguns pesquisadores já selecionaram cultivares pela atividade alelopática diferencial. Eles concluíram que a incorporação de caracteres alelopáticos pode proporcionar às culturas uma vantagem competitiva sobre certas plantas daninhas. Avaliações realizadas em germoplasmas de arroz, aveia, girassol, soja e pepino, por exemplo, indicaram que genótipos dessas culturas mostram variabilidade em atividade alelopática. Contudo, para a maioria das culturas exploradas comercialmente, tem-se detectado que este efeito não é expressivo.

Em arroz, vários estudos foram conduzidos para determinar a extensão e a estrutura da variabilidade genética da alelopatia. Trabalhos demonstraram que existe grande variabilidade no potencial alelopático em cultivares de arroz e que, em torno de 3 a 4% do germoplasma testado, incorpora tal característica. As cultivares identificadas como alelopáticas sobre várias espécies daninhas, entre várias centenas de genótipos avaliados nesses estudos, pertencem a diferentes grupos e ecossistemas. A tendência é ocorrer maior potencial, alelopático dentro do grupo japônica tropical de Oryza sativa e entre genótipos de O. glaberrima; em ambos os grupos, há predominância em genótipos de arroz de sequeiro. Trabalhos demonstraram que germoplasmas brasileiros participaram em grande proporção das linhagens identificadas como alelopáticas. Entre 40 acessos testados, as cultivares brasileiras ‘Jaguari’, ‘Beira Campo’, ‘Iguape Cateto’, ‘IAC 165’, ‘IRAT 212’ e ‘Arroz do Campo’ apresentaram potencial inibitório ao crescimento das raízes de Echinochloa crusgalli, capim-arroz (Olofsdotter et al. 2002).

Estado da pesquisa em alelopatia

O conhecimento de que genótipos apresentam diferenças em potencial alelopático estimulou os esforços para investigar o controle genético da alelopatia, de modo a possibilitar sua incorporação em cultivares comerciais. Com este objetivo, Jesen et al. (2001) cruzaram dois genótipos, um brasileiro com alto potencial alelopático, o ‘IAC 165’ (grupo japônica, de sequeiro) com o ‘CO 39’ (grupo índica, irrigado), o que possibilitou obter população F2 formada por indivíduos com grande variação no potencial alelopático. O estudo permitiu identificar quatro QTLs (quantitative trait loci) associados ao potencial alelopático, os quais, através de marcadores moleculares específicos, podem ser usados em programas de melhoramento na seleção de materiais detentores de maior capacidade inibitória. Igualmente, Ebana et al. (2001) identificaram sete QTLs associados ao efeito alelopático em uma população F2 resultante do cruzamento de uma linhagem do grupo índica, ‘PI312777’ (altamente alelopática), com uma cultivar do grupo japônica, ‘Rexmont’ (baixo potencial alelopático).

Trabalhos indicaram que a alelopatia é controlada por vários genes, ou seja, trata-se de uma característica quantitativa e, também, demonstraram que ela pode ser incorporada em cultivares de arroz ‘elite’, de forma a se obter, simultaneamente, genótipos com alto potencial produtivo e capacidade de interferir com plantas daninhas.

No caso do arroz, estudaram-se diversos compostos com atividade alelopática potencial. Dentre esses, foram identificados dois compostos na linhagem de arroz ‘PI312777’, flavona e ciclohexanona, ambos altamente ativos na inibição do crescimento de plantas daninhas, como Echinochloa crusgalli, Cyperus difformis e Cyperus iria e, também, com capacidade de inibir a germinação de esporos dos fungos Pyricularia oryzae e Rhizoctonia solani. Aqueles compostos, mesmo dispondo de alta capacidade de inibir o crescimento de plantas daninhas, não exerceram efeitos negativos sobre plantas de arroz nas concentrações utilizadas, mesmo quando usados em mistura. Assim, os resultados sugerem que tais compostos podem agir como aleloquímicos, participando na defesa da cultura contra plantas daninhas e patógenos. Muitos desses compostos são produzidos e exsudados constitutivamente pelas plantas, podendo a síntese variar de forma temporal ou ser induzida por plantas daninhas ou compostos exógenos aplicados. Assim, a síntese e exudação de aleloquímicos podem apresentar flutuações, sendo regulada pelo genótipo, estádio de desenvolvimento, ambiente e efeitos de sinalização.

Integração alelopatia x controle químico

Pesquisas adicionais identificaram várias linhagens de arroz portadoras de atividade alelopática sobre plantas daninhas aquáticas. Algumas dessas linhagens (por exemplo ‘PI312777’) suprimiram capim-arroz (Echinochloa crusgalli) de modo mais efetivo e econômico quando complementadas com doses reduzidas de herbicidas. Trabalhos conduzidos a campo com três cultivares asiáticas do grupo índica, detentoras de alto potencial alelopático (‘PI312777’, ‘Teqing’ e ‘Guichao’), e quatro cultivares americanas do grupo japônica (‘Lemont’, ‘Cypress’, ‘Kaybonnet’ e ‘Starbonnet’), foram comparadas quanto à capacidade de suprimir plantas de capim-arroz, interagindo com doses do herbicida propanil (Figura 1A). Os resultados mostraram que a produtividade de arroz aumentou e a massa das plantas de capim-arroz diminuiu com o aumento da dose do propanil. No entanto, as cultivares asiáticas suprimiram mais intensamente o capim-arroz e produziram mais grãos de arroz do que as cultivares americanas, quer associadas ou não ao propanil (Figura 1B). Desse modo, o benefício econômico advindo da aplicação de propanil foi menor para as cultivares asiáticas do que para as americanas. Esses resultados indicam que a maior supressão das plantas daninhas obtida em cultivares asiáticas, em combinação com dose herbicida reduzida, representa uma estratégia eficaz e econômica para manejar plantas daninhas em arroz.

Dificuldades e limitações

Para que a alelopatia em culturas, como no caso do arroz, possa ser utilizada com sucesso como ferramenta no manejo de plantas concorrentes, Duke (2003) estabelece alguns pressupostos: que o aleloquímico seja altamente potente, de modo a necessitar pouca partição de recursos para sua própria biossíntese; não seja autotóxico, de modo que a cultura resista a sua ação; apresente mais de um mecanismo de ação, reduzindo a possibilidade de ervas evoluirem resistência ao agente; seja produzido e exsudado principalmente pelas raízes; e possua propriedades físico-químicas que permitam que se mova no solo, mas que não lixivie rapidamente.

A forma mais direta de aumentar o potencial alelopático de uma cultura é aumentar a produção do aleloquímico que já é produzido pela planta através da manipulação de genes de biossíntese e promotores tecido específico. Por outro lado, a produção de uma nova cultivar altamente alelopática exigirá maior esforço, pois requer a introdução de vários genes que codifiquem uma rota de sintética, bem como outros necessários para exsudação do aleloquímico pelas raízes e que previnam a autotoxicidade.

Devido ao tipo de planta e à qualidade do grão apresentados por muitas linhagens alelopáticas, elas não se mostram apropriadas para a indústria de arroz. Contudo, os programas de melhoramento tentam combinar características desejáveis do arroz de grãos longos e de alta produtividade com linhagens alelopáticas. Várias linhagens do grupo indica ‘competitivas’ da Ásia (ex. ‘4593’ da China) e híbridos comerciais dos EUA (ex. ‘XL8’) produzem tanto quanto ou mais grãos que as cultivares elite dos EUA e controlam capim-arroz de modo similar às linhagens de arroz mais supressivas (Figura 2).

Até recentemente, os métodos tradicionais usados no melhoramento não foram explorados no sentido de incorporar a alelopatia em culturas, mas preservando seu potencial produtivo. Por outro lado, o uso da engenharia genética para desenvolver cultivares alelopáticas mostra que essa não é uma tarefa simples, devido à natureza multigênica associada à síntese de aleloquímicos. No entanto, os benefícios econômicos advindos de reduções no uso da mão-de-obra e/ou na aplicação de herbicidas podem ser relevantes, caso se consigam incorporar características alelopáticas visando suprimir plantas daninhas em arroz.

No momento, ainda não se dispõem de cultivares comerciais portadoras de capacidade alelopática, mas existe a possibilidade de se obterem tais genótipos ao se regular sua capacidade de produzir aleloquímicos. Contudo, já se conseguiu, muito progresso nos métodos de seleção e identificação de aleloquímicos específicos e genes relacionados que podem ser aplicados em programas de melhoramento. Caso os aleloquímicos ou os genes responsáveis por sua produção possam ser identificados, as características alelopáticas poderão ser facilmente incorporadas em cultivares através de técnicas de melhoramento já disponíveis.

Considerações finais

Para que esta tecnologia possa ser usada em sistemas de produção de arroz sem originar problemas potenciais, tais como autotoxicidade, desequilíbrio metabólico, falta de efeito residual no solo ou desenvolvimento de populações de ervas resistentes com o uso continuado de cultivares alelopáticas, tais limitações devem ser solucionadas antes de sua liberação. Ademais, a disponibilidade de cultivares alelopáticas representa uma alternativa atrativa para a demanda tanto de consumidores como de ambientalistas.

Para alcançar o objetivo de desenvolver cultivares alelopáticas, é essencial a integração multidisciplinar de várias áreas científicas, incluindo pesquisadores nos campos de herbologia, melhoramento genético, bioquímica, biologia molecular e ecologia. Estudos integrados adicionais para identificar aleloquímicos específicos e os genes responsáveis por seu efeito servirão de base para produzir cultivares alelopáticas. Embora, nenhuma das linhagens de arroz sob investigação ou previstas em teoria sejam capazes de propiciar controle completo das plantas daninhas, elas possibilitarão diminuir a dependência do arroz em herbicidas sintéticos para manejar plantas daninhas.

Atualmente, espécies cultivadas portadoras de características alelopáticas recebem grande atenção da pesquisa. Eventual incremento no potencial alelopático em cultivares trará grande impacto positivo tanto em sistemas agrícolas que utilizam alta como baixa tecnologia de produção. Entretanto, a alelopatia, como método isolado, não substituirá totalmente outras práticas de manejo, pois sua eficiência é influenciada por muitos fatores. Contudo, a redução no uso de herbicidas redundará em benefício econômico significativo aos agricultores, diminuindo também seu impacto negativo no ambiente.

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Revista Plantio Direto, edição 93, maio/junho de 2006.