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PLANTAS DANINHAS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM > Definir alelopatia e sua importância em plantas daninhas. > Classificar os modos de ação de aleloquímicos. > Identificar as principais plantas daninhas e plantas cultivadas que apre- sentam efeitos alelopáticos. Introdução A alelopatia está associada a interações entre indivíduos, quase sempre com um deles sendo lesado pela emissão de substâncias nocivas pelo outro. No que diz respeito às espécies vegetais, tanto as plantas daninhas quanto as espécies cultivadas podem apresentar características de alelopatia, sendo extremamente importante conhecer a ação de cada substância aleloquímica para possíveis aplicações no manejo correto dos plantios comerciais. Neste capítulo, você aprenderá aspectos relacionados à alelopatia presentes em algumas espécies vegetais e microrganismos. Além disso, verá que a capacidade de produção de substâncias alelopáticas não é desenvolvida aleatoriamente pelas plantas ou microrganismos considerados alelopáticos, e sim quando o indivíduo é submetido a situações estressantes, tendo como consequência a ativação do metabolismo secundário e a produção de substâncias aleloquímicas. Alelopatia versus plantas daninhas As interferências das plantas daninhas na agricultura podem ocorrer de forma direta, a partir da competição por espaço, luz, água e nutrientes, ou de forma indireta, gerando danos aos equipamentos em campo, intoxicação Alelopatia Alesandra dos Santos Moura de trabalhadores ou ainda ação alelopática. Uma planta é considerada alelopática quando possui substâncias químicas capazes de afetar o de- senvolvimento dos demais indivíduos presentes no mesmo ecossistema. A presença dessas substâncias químicas é um mecanismo de defesa e competição que se estabeleceu durante a evolução das espécies vegetais (OLIVEIRA; BRIGHENTI, 2018). Do ponto de vista fisiológico, é como se as plantas alelopáticas possuíssem em suas células rotas biossintéticas que possibilitam a síntese e armaze- namento de metabólitos especiais que serão utilizados a favor da planta em questão quando necessário. Vale ressaltar que a alelopatia não está relacionada apenas a interação entre plantas, já que alguns microrganismos também possuem característica alelopática. Segundo Rice (1984), a alelopatia pode ocorrer entre microrganismos e plantas, entre plantas cultivadas, entre plantas daninhas e entre plantas daninhas e cultivadas. Carvalho (2013, p. 52) descreve a alelopatia como: Qualquer processo envolvendo metabólitos secundários produzidos pelas plantas e microrganismos que influencia o crescimento e o desenvolvimento de sistemas agrícolas e biológicos. Nesse sentido, na interação planta–planta, entende-se que uma planta produz e libera no ambiente algum metabólito secundário (de- nominado de aleloquímico ou composto alelopático) que exercerá algum efeito inibidor no crescimento e no desenvolvimento de outra planta, caracterizando a interferência direta. Nesse caso, o principal efeito é a redução na quantidade de produto produzido (produtividade). As substâncias alelopáticas são oriundas do metabolismo secundário, ou seja, não apresentam relação com o crescimento e desenvolvimento da planta. Essas substâncias aleloquímicas originam-se a partir de vias metabólicas, incluindo ácido chiquímico, ácido mevalônico, ácido malô- nico e ácido 3-fosfóglicerico (TAIZ; ZEIGER, 2009; CARVALHO, 2013). Dessas quatro vias metabólicas, são formadas substâncias classificadas em três grupos distintos: � terpenos — classe diversificada de compostos de fórmula geral (C5H8) n, que podem atuar como inseticidas (pineno, limoneno, mirceno, pi- retroides, esteroides, saponinas), como repelentes ou atrativos (óleos essenciais, gossipol, lactonas sesquiterpeninas) e como compostos tóxicos (forbol, saponinas, resinas); Alelopatia2 � compostos fenólicos — podem atuar como inseticidas (fitoalexinas, rotenoides, isoflavonoides), como atrativos (antocianina) e como re- pelentes (tanino); � compostos nitrogenados — podem atuar como tóxicos (nicotina, co- deína, morfina, cocaína, glucosídeos cianogênicos, glucosinolatos). A produção de metabólitos secundários pelas plantas não tem função apenas de inibir outras plantas. Na verdade, as funções ecológicas da alelopatia em plantas são basicamente três: atrair agentes polinizadores e dispersores, proteger contra herbívoros e proteger contra patógenos, além da relação planta–planta, importante na sucessão das espé- cies. Muitos metabólitos secundários são produzidos nas flores, conferindo a elas suas cores e odores característicos e atuando como atrativo para agentes polinizadores e dispersores. Alguns compostos produzidos pelo metabolismo secundário das plantas são tóxicos a animais, insetos etc., atuando como repelente desses inimigos naturais. Em teoria, alguns compostos liberados podem atuar também como condicionadores de ambiente, atuando na sucessão de espécies vegetais. Os aleloquímicos podem ser liberados no ambiente por meio da exsudação de substâncias provenientes de raízes vivas, pela volatilização e lixiviação de substâncias de folhas, cascas, frutas, sementes e pela decomposição do material vegetal depositado no solo (GLIESSMAN, 2000). Segundo Carvalho (2013) os meios de liberação de aleloquímicos podem ser classificados da seguinte forma: � volatilização — liberação de compostos voláteis (pineno, limoneno, mirceno, mentol, piretroides, lactonas sesquiterpênicas, gossipol); � lixiviação — liberação de compostos exsudados na forma líquida (com- postos fenólicos e alcaloides, como cafeína e nicotina), normalmente pelas folhas, mas também por outros órgãos, que são lavados por ação da chuva ou da irrigação e carregados até o solo; � exsudação radicular — liberação de compostos na forma líquida (ami- noácidos, nucleotídeos) pelas raízes diretamente no solo; � decomposição de restos vegetais — liberação de compostos líquidos (flavonoides como isoflavona, antocianina) à medida que os restos vegetais vão sendo decompostos. Alelopatia 3 Observe na Figura 1 o esquema de liberação dos aleloquímicos. Figura 1. Liberação de aleloquímicos no ambiente. Fonte: Adaptada de Oliveira e Brighenti (2018). Efeito dos compostos alelopáticos Com relação aos efeitos observados em espécies vegetais sob exposição a com- postos alelopáticos, quase todos estão relacionados às atividades fisiológicas da planta, influenciando nos processos de germinação de sementes, assimilação de nutrientes, crescimento e desenvolvimento de plântulas, respiração, fotos- síntese, síntese proteica, síntese enzimática e permeabilidade da membrana celular (RODRIGUES, L.; ALMEIDA; RODRIGUES, T., 1993; EINHELLIG, 1995). Em geral, no que diz respeito às plantas daninhas, os compostos alelopáticos tanto podem ser emitidos pela espécie indesejada, prejudicando o plantio comercial, quanto pode ocorrer de determinadas espécies cultivadas possuírem características alelopáticas que funcionam como controle de plantas daninhas. Muito embora se possa imaginar que as substâncias aleloquímicas sejam produzidas apenas por plantas daninhas e, como consequência, que apenas as espécies cultivadas sofrem os efeitos negativos da alelopatia, isso não constitui uma verdade absoluta. Espécies cultivadas também produzem substâncias aleloquímicas, podendo ser inclusive aplicadas como controle de plantas daninhas. Culturas como trigo, sorgo, centeio, girassol e alfafa são consideradas alelopáticas e podem ser utilizadas na rotação/sucessão de culturas como ferramenta de controle de plantas daninhas (CARVALHO, 2013). Alelopatia4 A definição dos efeitos das substâncias alelopáticas presentes em algumas espécies vegetais sobre outras plantas não constitui uma tarefa fácil, visto que os compostos aleloquímicos tendem a afetar diversos aspectos das atividades fisiológicas das plantas receptoras. É importante salientar que a ação dos alelo- químicos pode ter efeitos positivose negativos sobre uma espécie receptora. As descobertas que possibilitam a utilização desses compostos no manejo de plantas daninhas têm sido definidas a partir de pesquisas científicas ao longo dos anos (MACIAS; GALINDO; MOLINILLO, 2000; CARVALHO, 2013; OLIVEIRA; BRIGHENTI, 2018). A aplicação de espécies alelopáticas no manejo de plantas daninhas pode se dar a partir da introdução de espécies com características alelopáticas em áreas de incidência de plantas daninhas. A Figura 2 ilustra esse tipo de aplicação em uma área infestada por uma espécie indesejada. Como medida de controle, são inseridas espécies alelopáticas que diminuem gradativamente a presença das espécies indesejadas. Figura 2. Utilização de espécies alelopáticas para controle de espécies indesejadas/plantas daninhas. Fonte: Adaptada de Oliveira e Brighenti (2018). Alelopatia 5 Mecanismos de ação dos aleloquímicos Os mecanismos de ação dos aleloquímicos estão sob constantes estudos, pois é crescente a descoberta de novas substâncias aleloquímicas e sua caracterização demanda tempo. De maneira geral, os modos de ação dos aleloquímicos podem ser divididos em ação indireta e direta. Indiretamente, podem ser observadas alterações nas propriedades do solo e na população de microrganismos presentes no ambiente onde plantas alelopáticas são predominantes. Diretamente, os compostos aleloquímicos tendem a afetar o metabolismo da planta receptora. Segundo Rizvi, S. e Rizvi, V. (1992), as ações diretas dos aleloquímicos afetam: � estruturas citológicas e ultraestruturais; � hormônios, alterando tanto suas concentrações quanto o balanço entre os diferentes hormônios; � membranas e sua permeabilidade; � absorção de minerais; � movimento dos estômatos, síntese de pigmentos e fotossíntese; � respiração; � síntese de proteínas; � atividade enzimática; � relações hídricas e condução; � material genético, induzindo alterações no DNA e RNA. Antes de detalhar os mecanismos de ação dos aleloquímicos, é conveniente entender quais compostos são originados das diferentes rotas de síntese dessas substâncias. Observe o esquema apresentado na Figura 3. Alelopatia6 Figura 3. Produtos químicos alelopáticos e prováveis rotas de síntese. Fonte: Adaptada de Rice (1984). Ação dos aleloquímicos no crescimento e desenvolvimento de espécies receptoras Os compostos aleloquímicos têm influência no processo de alongamento e divisão celular, impedindo o crescimento e desenvolvimento das espécies receptoras. Podem ainda apresentar efeitos reversos com o crescimento desuniforme de determinas estruturas. Além da ação na divisão celular, os compostos aleloquímicos atuam na síntese orgânica, modificando a bios- síntese e influenciando a distribuição de carbono nas células e a síntese de proteínas e enzimas pectolíticas, como a catalase, a peroxidase e a fosforílase (MULLER, 1966; JAIN; SRIVASTAVA, 1981; RICE, 1984). Alelopatia 7 Ainda com relação ao crescimento e desenvolvimento das plantas afe- tadas, os aleloquímicos fenólicos são citados como influenciadores do nível de ácido indolacético (AIA). Esse grupo específico de aleloquímicos pode atuar como precursor e, em alguns casos, como inibidor do AIA. Existe ainda a possibilidade de alguns polifenóis ligarem-se ao ácido giberélico (GA) e ao ácido abscísico (ABA), ocasionando respectivamente redução e aumento do crescimento das plantas receptoras (LEE et al., 1982 apud OLIVEIRA JR.; CONSTATIN; INOUH, 2011). Ação dos aleloquímicos na respiração e fotossíntese de espécies receptoras No que diz respeito ao processo respiratório, os aleloquímicos causam efeitos adversos nas funções mitocondriais, afetando as taxas respirató- rias dos receptores. Compostos alelopáticos como quinonas, flavonoides e ácido fenólico estão relacionados com a diminuição da produção de ATP e a inibição de absorção de O2. Em geral, é trabalhoso identificar a ação desses compostos no metabolismo respiratório das espécies com características alelopáticas, pois demanda estudos destrutivos em fragmentos de tecidos de plantas e microrganismos (OLIVEIRA JR.; CONSTATIN; INOUH, 2011). A capacidade de fixação de carbono está diretamente relacionada ao incremento de biomassa das plantas e, consequentemente, a boas taxas fotossintéticas. Compostos aleloquímicos como a copoletina podem afetar as taxas fotossintéticas das espécies receptoras desse composto tanto em plantas C3 quanto em plantas C4. A abertura e fechamento de estômatos, a concentração de clorofila e a cadeia transportadora de elétrons presente nos cloroplastos envolvidos na fotossíntese também sofrem efeitos deletérios com a ação de determinados compostos alelopáticos. O metabolismo do carbono associado aos demais processo fisioló- gicos das plantas está diretamente relacionado às taxas de produ- tividade das culturas. A ação das substâncias alelopáticas afeta a produção de massa seca e, por consequência, gera danos econômicos em plantios comerciais. O livro Metabolismo de carbono na agricultura tropical (PIMENTEL, 1998) traz uma abordagem ampla e detalhada da atividade de fixação de carbono em plantas C3 e C4. Alelopatia8 Ação dos aleloquímicos na absorção de nutrientes pelas espécies receptoras Sob determinadas condições, como variações de pH no solo, os compostos aleloquímicos podem afetar a absorção de íons e conteúdos minerais pelas raízes. Acredita-se que a inibição de absorção de nutrientes pelas raízes está associada a alterações na capacidade de seletividade e permeabilidade de membranas das raízes. Estudos comprovam que os ácidos benzoico e cinâmico, as hidroquinonas e juglona, naringenina e floretina são substâncias alelopá- ticas que afetam a absorção de nutrientes pelas raízes (BATES; GOLDSMITH, 1983 apud OLIVEIRA JR.; CONSTATIN; INOUH, 2011). Além de efeitos nas membranas, os aleloquímicos agem sobre o balanço hídrico das plantas, afetando o potencial osmótico e a pressão de turgor das células, com entupimento de vasos do xilema (RICE, 1984). Fatores que afetam os efeitos alelopáticos A intensidade dos efeitos alelopáticos pode ser afetada por fatores bióticos e abióticos. Para definir melhor a relação desses fatores com a produção de compostos aleloquímicos, são desenvolvidos ensaios em diferentes locais sob uma ampla variação de interferência do ambiente. Os fatores que tendem a afetar a intensidade dos efeitos alelopáticos podem ser observados na Figura 4. Figura 4. Fatores estressantes que intensificam os aleloquímicos. Fonte: Adaptada de Jorge, Mata e António (2016). Alelopatia 9 Ainda com relação aos fatores que intensificam os efeitos alelopáticos, é importante entender que a alelopatia é consequência da combinação de vários fatores. Quanto menor o estresse ambiental, menor a concentração do aleloquímico em uma determinada espécie. Einhellig (1995) ilustra essa relação e sua interferência no crescimento das plantas a partir do triângulo da interação dos fatores, apresentado na Figura 5. Figura 5. Relação entre aleloquímicos e fatores ambientais e sua influência no crescimento das plantas. Fonte: Adaptada de Einhellig (1995). Espécies vegetais com efeito alelopático A alelopatia não deve ser encarada exclusivamente como característica ine- rente das plantas daninhas. Muito pelo contrário, alguns microrganismos e espécies cultivadas também apresentam produção de compostos alelopáticos a partir de metabolismos secundários. Dentre outras aplicações, as plantas com efeitos alelopáticos podem ser utilizadas no controle de plantas daninhas em plantios comerciais. A partir de estudos, são identificados os grupos de substâncias aleloquímicas e sua ação nas espécies receptoras. Desse modo, é possível aplicar manejos, seja Alelopatia10 em consórcio de espécies alelopáticas com espécies cultivadas, seja com a espécie alelopática cultivada e utilizada como cobertura morta (OLIVEIRA JR.; CONSTATIN; INOUH, 2011). Plantas daninhas com efeitoalelopático As plantas daninhas com efeitos alelopáticos causam danos aos plantios comerciais, pois tendem a afetar o desenvolvimento da cultura de interesse agronômico. Contudo, ainda que muitas vezes possam parecer nocivas, essas plantas devem ser vistas como potenciais ferramentas para o controle de outras espécies indesejadas, a partir da produção de exsudados, lixiviados e compostos voláteis (PIRES; OLIVEIRA, 2011; OLIVEIRA JR.; CONSTATIN; INOUH, 2011). Existe uma extensa lista de plantas daninhas com efeito alelopático. No Quadro 1 é possível observar as principais plantas daninhas alelopáticas e seus efeitos sobre plantas receptoras. Quadro 1. Espécies de plantas daninhas com potencial alelopático Planta daninha doadora Planta receptora Efeito causado sobre as espécies receptoras Amaranthus palmeri (caruru) Allium cepa (cebola), Daucus carota (cenoura) Resíduo da planta reduz o peso fresco e o crescimento das plântulas Eupatorium odoratum (cambará, mata-pasto) Vigna unguiculata (feijão-caupi) Resíduos de caule, folha e raízes retardam a germinação e reduzem a área foliar e a produção de matéria seca Parthenium hysterophorus (losna-branca), Phaseolus vulgaris (feijão- comum), Vigna sinesis (feijão-caupi) Folhas secas misturadas com o solo reduzem o crescimento e a nodulação da planta Datura stramonium (trombeteira) Hordeum vulgare (cevada), Triticum aestivum (trigo) Alcaloide que lixivia das sementes retarda o crescimento das plântulas Lantana camara (cambará) Glycine max (soja), Zea mays (milho) Resíduos da parte aérea afetam o crescimento da parte aérea e das raízes das plantas (Continua) Alelopatia 11 Planta daninha doadora Planta receptora Efeito causado sobre as espécies receptoras Agropyron repens (trigo silvestre) Avena sativa (aveia), Zea mays (milho), Glycine max (soja) Extrato aquoso de rizomas ou da parte aérea retarda a germinação e reduz o crescimento da raiz Cyperus esculentus (tiriricão) Glycine max (soja), Zea mays (milho) Resíduos e extrato reduzem o peso seco das plantas Setaria glauca (capim- rabo-de-raposa) Glycine max (soja), Zea mays (milho) Resíduo reduz a altura, o crescimento e o peso fresco da parte aérea da planta Fonte: Adaptado de Kohli, Batish e Singh (1997). Espécies doadoras são espécies que possuem compostos alelopáticos que são isolados e aplicados em estudos científicos a fim de descobrir como seus mecanismos de ação alelopática afetam as espécies receptoras. Por sua vez, espécies receptoras são plantas que sofrem os efeitos deletérios dos compostos alelopáticos das espécies doadoras. Plantas cultivadas com efeito alelopático Ao contrário do que muitos pensam, as espécies cultivadas também po- dem apresentar características aleloquímicas. Essas espécies devem ser manejadas de forma coerente, pois os efeitos alelopáticos podem perma- necer na área após a colheita e prejudicar a cultura subsequente. Essas espécies podem ser utilizadas também no controle de plantas daninhas e indiretamente na redução de doenças e aumento da produtividade. O Quadro 2 lista uma variedade de plantas cultivadas que apresentam potencial alelopático. (Continuação) Alelopatia12 Quadro 2. Espécies cultivadas com potencial alelopático Cultura doadora Cultura receptora Efeito causado sobre as espécies receptoras Helianthus annuus (girassol) Glycine max (soja), Sorghum ssp. (sorgo) Folhas secas, quando misturada ao solo, inibem a germinação e reduzem o crescimento das plântulas Helianthus annuus (girassol) Triticum aestivum (trigo) Resíduos da cultura de girassol no campo reduzem de 4% a 33% a germinação de sementes de trigo Brassica campestris (nabo) Vigna radiata (feijão-mungo-verde) Extrato aquoso de resíduos inibe a germinação e reduz o crescimento das plântulas Raphanus sativus (rabanete) Lactuca sativa (alface) Resíduos de raízes ou de parte aérea inibe a germinação Ipomoea batatas (batata-doce) Cyperus esculentus (tiriricão), Medicago sativa (alfafa) Extrato aquoso e metanólico retarda a germinação e reduz a matéria seca das plantas Glycine max (soja) Brassica rapa (mostarda), Medicago sativa (alfafa), Raphanus sativus (rabanete), Zea mays (milho) Extrato aquoso inibe a ação das quatro espécies e o crescimento inicial das plantas de milho Lupinus albus (tremoço) Amaranthus retroflexus (caruru), Chenopodium album (ançarinha-branca) Exsudatos radiculares e alcoólicos reduzem a germinação das plântulas Medicago sativa (alfafa) Triticum ssp. (trigo) Extratos aquoso e alcoólico reduzem a germinação e o crescimentos das plântulas Medicago sativa (alfafa) Cuvumis sativus (pepino) Resíduos inibem a germinação e o crescimentos das plântulas Trifolium alexandrinum (trevo) Allium cepa (cebola), Daucus carota (cenora), Lycoersicum esculentum (tomate) Compostos voláteis originários de resíduos reduzem a germinação e o crescimentos das plântulas (Continua) Alelopatia 13 Cultura doadora Cultura receptora Efeito causado sobre as espécies receptoras Coffea arabica (café) Lactuca sativa (alface), Lolium multiflorum (azevém) Extratos aquosos de folhas secas e raízes reduzem a germinação e o crescimento da radícula Sorghum bicolor (sorgo) Triticum aestivum (trigo) Resíduo da cultura de sorgo no campo reduz de 10% a 31% a germinação Triticum aestivum (trigo) Gossypium hirsutum (algodão) Resíduo da cultura reduz a germinação e a matéria seca das plantas Fonte: Adaptado de Kohli, Batish e Singh (1997). Os estudos sobre alelopatia são considerados relativamente novos, demandando tempo e paciência dos pesquisadores, pois envolvem muitas particularidades. Um único composto alelopático é capaz de agir em diferentes partes da planta receptora, afetando diversas fases do desenvolvi- mento da cultura e dificultando os resultados das pesquisas científicas. O artigo “Alelopatia e suas interações na formação e manejo de pastagens” (REZENDE et al., 2003) aborda detalhadamente diversos exemplos de pesquisas relacionadas ao efeito da alelopatia em espécies cultivadas. Em suma, a alelopatia nada mais é do que a capacidade de uma determi- nada espécie formar compostos com diferentes mecanismos de ação sobre outras espécies expostas a situação de estresse. Os compostos alelopáticos produzidos a partir do metabolismo secundário nas espécies alelopáticas podem agir em diversas partes de uma espécie receptora (sementes, raiz, caule, folhas e frutos), afetando todo seu desenvolvimento. As ações dos compostos aleloquímicos podem ser observadas na divisão celular, na absorção de nutrientes, na fotossíntese, etc. Devido a essa alta capacidade de ação em diferentes componentes fisiológicos, as pesquisas científicas são importantes ferramentas para classificação, caracterização e aplicação dos aleloquímicos no controle de plantas daninhas. (Continuação) Alelopatia14 Referências CARVALHO, L. B. Plantas daninhas. Lages, SC: Edição do Autor, 2013. EINHELLIG, F. A. Plant x plant allelopathy: biosynthesis and mechanism of action. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE FISIOLOGIA VEGETAL, 1995, Lavras. Anais... Lavras: UFLA, 1995. p. 59–74. GLIESSMAN, S. R. Agroecologia: processos ecológicos em agricultura sustentável. Porto Alegre: Ed. da UFGRS, 2000. JAIN, A.; SRIVASTAVA, H. S. Effect of salicylic acid on nitrate reductase activity in maize seedlings. Physiologia Plantarum, v. 51, n. 4, p. 339–342, 1981. JORGE, T. F.; MATA, A. T.; ANTÓNIO, C. 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