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Epidemiologia de doenças de plantas Universidade Federal do Espírito Santo Departamento de Produção Vegetal FITOPATOLOGIA BÁSICA (DPV 05382) Celson Rodrigues INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO Epidemiologia: Epi = sobre Demos = população Logos = estudo “ A ciência de doença em populações”“ A ciência de doença em populações” J. E. Vanderplank, 1963 “O estudo de populações de patógenos em populações de hospedeiros e da doença resultante dessa interação, sob influência do ambiente e do homem” J. Kranz, 1974 “O estudo de populações de patógenos e de hospedeiros, que leva a algo novo: a doença. Esta pode ser considerada uma terceira classe de população: a INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO terceira classe de população: a população de lesões ou de indivíduos doentes” J. C. Zadoks Hospedeiro Patógeno Patossistema SelvagemPatossistema Selvagem Lesões INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO Ambiente Hospedeiro Lesões Homem Patossistema AgrícolaPatossistema Agrícola INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO Patógeno Ambiente Patossistema Agrícola (visão holística)Patossistema Agrícola (visão holística) ���� Estudar o efeito do ambiente sobre as doenças; ���� Quantificar danos e perdas; ���� Estudar o progresso e disseminação OBJETIVOS DA EPIDEMIOLOGIAOBJETIVOS DA EPIDEMIOLOGIA ���� Estudar o progresso e disseminação das doenças; ���� Estabelecer estratégias de manejo das doenças, aperfeiçoando-as para a proteção das culturas. PRINCÍPIO BÁSICO DA EPIDEMIOLOGIAPRINCÍPIO BÁSICO DA EPIDEMIOLOGIA A quantidade de doença no campo é determinada pelo balanço entre dois processos opostos: INFECÇÃO E REMOÇÃO. INFECÇÃO REMOÇÃOmaior Intensidade da doença crescerá rapidamente. PRINCÍPIO BÁSICO DA EPIDEMIOLOGIAPRINCÍPIO BÁSICO DA EPIDEMIOLOGIA INFECÇÃO REMOÇÃOmenor Intensidade da doença deixará de aumentar, podendo até diminuir. inf inf rem rem EPIDEMIA ENDEMIA PRINCÍPIO BÁSICO DA EPIDEMIOLOGIAPRINCÍPIO BÁSICO DA EPIDEMIOLOGIA inf Intensidade Extensão progressiva pandemia explosiva tardívaga Intensidade Extensão sempre presente co-existência balanço neutro AMBIENTE X EPIDEMIASAMBIENTE X EPIDEMIAS � Sobrevivência do inóculo; � Germinação; � Penetração; � Infecção; � Produção de inóculo nas plantas doentes;� Produção de inóculo nas plantas doentes; � Dispersão de inóculo; �Predisposição ou resistência das plantas hospedeiras; � Interações de microrganismos no solo ou em partes da plantas. 25 30 35 40 N úm e ro de pú st u la s Ferrugem do feijoeiro: esporulação de Uromyces appendiculatus em função da temperatura. AMBIENTE X EPIDEMIASAMBIENTE X EPIDEMIAS 0 5 10 15 20 1 2 3 4 5 6 7 Temperatura (Cº) N úm e ro de pú st u la s 14 16 18 20 22 24 26 28 Radiação solar afetando a viabilidade de esporângios de P. infestans 0,8 1 1,2 V ia b ili d a d e AMBIENTE X EPIDEMIASAMBIENTE X EPIDEMIAS -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0 1 2 3 4 5 6 7 V ia b ili d a d e Dose de radiação solar total •Água, chuva irrigação e orvalho: agente molhante ou dispersante Excesso – anaerobiose Falta – dessecação das estruturas Umidade: AMBIENTE X EPIDEMIASAMBIENTE X EPIDEMIAS •Fator vital para germinação, infecção e disseminação •Facilita a dispersão do inóculo •Facilita a movimentação do inoculo (água de enxurrada x nematóides) •Em associação com a temperatura pode determinar a duração de esporulação do fungo CHUVA x Colletotrichum Temperaturas ideais permitem o potencial máximo de reprodução do nematóide. Ex: Plantas de tomate contendo o gene Mi são resistentes a Meloidogyne incognita, Fitonematóides Muito elevada – dessecação das estruturas do patogeno. Relacionada a velocidade dos processos biológicos(acelera, retarda ou inibe). Influencia o período de latente ou de incubação. Temperatura: AMBIENTE X EPIDEMIASAMBIENTE X EPIDEMIAS Ex: Plantas de tomate contendo o gene Mi são resistentes a Meloidogyne incognita, M. javanica e M. arenaria. A efetividade da resistência é menor em temperaturas acima de 28ºC. AMBIENTE X EPIDEMIASAMBIENTE X EPIDEMIAS InfecçãoDisseminação CICLO DE RELAÇÕES PATÓGENO / HOSPEDEIRO CICLO DE RELAÇÕES PATÓGENO / HOSPEDEIRO Colonização Reprodução Sobrevivência hospedeirohospedeirodoentedoente Ciclo primário Ciclo secundário Amorim (1995) Deposição Germi- nação Apressório Infecção estabe- lecidaDispersão O CICLO DE INFECÇÃO DE GÄUMANN O CICLO DE INFECÇÃO DE GÄUMANN lecida Colonização Lesão Cresci- mento da lesãoConidióforo Conídio Maturação Liberação CICLO DE INFECÇÃO E. Gäumann O CICLO DE INFECÇÃO DE GÄUMANNO CICLO DE INFECÇÃO DE GÄUMANN 0,6 0,8 1 pr o po rç ão de do e n ça CADEIA DE INFECÇÃO A CADEIA DE INFECÇÃO DE GÄUMANN 0 0,2 0,4 tempo pr o po rç ão de do e n ça colonização deposição germi- nação apressório Infecção estabe- lecida colonização lesão Cresci- mento da lesão conidió- foro conídio maturação liberação dispersão CICLO DE INFECÇÃO Epidemiologia A epidemiologia de doenças de plantas foi fundada por J.E. VANDERPLANK em 1963 J.E. Vanderplank 1908-1997 Vanderplank identificou os padrões regulares e propôs os princípios gerais da Epidemiologia de doenças de plantas Doença monocíclica (ciclo primário) Murcha de Fusarium em Acácia É aquele que tem início a partir de estruturas de sobrevivência do Infecção Colonização Reprodução Sobrevivência Disseminação hospedeirohospedeiro doentedoente ciclo primário ciclo secundário Ciclo primário microrganismo ou a partir da fase saprofítica no solo. Caracteriza-se por apresentar: • Pequeno número de plantas infectadas; • Pequeno número de lesões por planta; • Baixo índice de infecção. Doença policíclica (ciclos primário e secundários) Ferrugem do Eucalipto (Puccinia psidii) É aquele que sucede o ciclo primário e se desenvolve a partir do inóculo nele produzido, Ciclo secundário Infecção Colonização Reprodução Sobrevivência Disseminação hospedeirohospedeiro doentedoente ciclo primário ciclo secundário partir do inóculo nele produzido, sem a interposição de uma fase de repouso ou dormência entre eles. Caracteriza-se por apresentar: • Grande número de plantas infectadas; • Grande número de lesões por planta; • Alto índice de infecção. ciclo primário inóculo primário infecção primária inóculo primário infecção primária inóculo secundário infecções secundárias Repete-se muitas Vezes. Exemplos de doenças monocíclicas e policíclicas Murchas de Fusarium Murchas de Verticillium Viroses sem vetor Murchas de Fusarium Murchas de Verticillium Viroses sem vetor Ferrugens Oídios Antracnoses Manchas foliares em geral Viroses com vetor Doenças em geral com vetor Ferrugens Oídios Antracnoses Manchas foliares em geral Viroses com vetor Doenças em geral com vetor fase de sobrevivência fase de sobrevivência COMO CRESCEM AS DOENÇAS AO LONGO DO TEMPO? Doenças de Monocíclicas: o aumento gradativo do número de plantas doentes durante o ciclo da cultura, não é devido primariamente à movimentação do patógeno a partir das plantas doentes para ocasionar novos sítios de infecção, mas sim ao inóculo original previamente existente. Doenças de Policíclicas: o aumento gradativo do numero de plantas doentes durante o ciclo da cultura, se dá devido a movimentação do patógeno a partir das plantas doentes em direção aos novossítios de infecção. PARA QUE QUANTIFICAR UMA DOENÇA?PARA QUE QUANTIFICAR UMA DOENÇA? a) Estudar a prevalência e importância das doenças na cultura; b) Determinar danos ou perdas de rendimento; c) Comparar a eficiência de fungicidas; d) Determinar a época de aplicação de fungicidas; e) Verificar o efeito de práticas agrícolas no controle; f) Avaliar a resistência de genótipos aos patógenos no melhoramento; g) Estudar o progresso da doença ou de epidemias (primeiros sintomas, curvas de desenvolvimento ou evolução da doença); h) Elaborar modelos de previsão de doenças. - Função do objetivo do trabalho; - Função do período latente do patógeno; - Avaliações a intervalos pré-estabelecidos; TEMPO E FREQUÊNCIA DA QUANTIFICAÇÃOTEMPO E FREQUÊNCIA DA QUANTIFICAÇÃO - Avaliações a intervalos pré-estabelecidos; - Calendário fisiológico-ambiental (ex: grau-dia). OBJETIVO DA QUANTIFICAÇÃO DE DOENÇA? Avaliar a intensidade de doença numa população de plantas, órgãos (frutos, plantas, órgãos (frutos, folhas ou ramos) ou ainda em produtos de plantas (mourões, tabuas, etc.) As doenças podem ser quantificadas por: � Métodos diretos: incidência, severidade (intensidade) � Métodos indiretos:� Métodos indiretos: determinação da população do patógeno, sua distribuição espacial, seus efeitos na produção (danos e/ou perdas), a desfolha causada. INCIDÊNCIA É a proporção do número de plantas ou órgãos doentes em uma população. PLANTAS SADIAS PLANTAS DOENTES 32% 68% SEVERIDADE É a proporção de área ou de volume do tecido doente. USOS DA INCIDÊNCIA E SEVERIDADE INCIDÊNCIA: - Fácil (só admite 2 respostas sadio ou doente) - Preciso - Aplicado a algumas doenças ou situações: - Viroses sistêmicas e murchas; - Doenças que levam a morte da planta; - Impedem a comercialização do produto, como as podridões de madeira; - Sementes infectadas por patógenos. Vantagens: • Facilidade e rapidez de execução; • Os resultados obtidos são reprodutíveis, • Independentemente do avaliador; • Parâmetro satisfatório na fase inicial da epidemia; • Pode ser usado na elaboração de curvas de progresso da doença. Desvantagem: Método pouco preciso para doenças foliares. SEVERIDADE: - Trabalhoso - Mais difícil de quantificar - Subjetivo USOS DA INCIDÊNCIA E SEVERIDADE - Subjetivo - Aplicado à maioria das doenças: - Ferrugens, oídios, míldios e manchas foliares; - Teste de eficiência de fungicidas; - Avaliação de cultivares quanto a resistência à doenças. Vantagens: • Mais preciso expressando o dano real causado pelos patógenos; • Caracteriza melhor o nível de resistência a um patógeno; • Expressa com maior fidelidade a intensidade da doença no campo e os danos causados.da doença no campo e os danos causados. Desvantagens: • Mais trabalhoso e demorado, • Subjetivo, • Dependente da acuidade do avaliador e da escala. Quantificação direta Medição das dimensões(área, volume ) ou contagem do número de lesões MÉTODOS DE AVALIAÇÃOMÉTODOS DE AVALIAÇÃO ESCALA DESCRITIVA DE CAMPO COM 9 NOTAS PARA DOENÇAS FOLIARES (SUBRAHMANYAM et al., 1982). Mancha foliar Nota Ferrugem Sem doença 1 Sem doença Poucas e pequenas lesões em folhas mais velhas 2 Poucas e muito pequenas pústulas em algumas folhas mais velhas Leões pequenas, principalmente em folhas mais velhas, com esporulação esparsa 3 Poucas pústulas, principalmente em folhas mais velhas, algumas já rompidas, com pouca esporulação Muitas lesões, maioria nas folhas inferiores e da parte média da planta, doença evidente 4 Pústulas pequenas ou grandes, maioria nas folhas inferiores ou da parte média da planta, doença evidente Escala descritiva Lesões facilmente vistas nas folhas inferiores do meio da planta, com esporulação moderada, amarelecimento e desfolha em algumas folhas inferiores 5 Muitas pústulas, maioria nas folhas inferiores e do meio da planta, amarelecimento e necroses de algumas folhas da parte média e inferior, com esporulação moderada Como na nota 5, mas as lesões apresentam alta esporulação 6 Como na nota 5, mas as pústulas apresentam alta esporulação Doença facilmente vista à distância, lesões presentes em toda a planta, com desfolha das folhas inferiores e do meio da planta 7 Pústulas em toda a planta, com secamentodas folhas inferiores e do meio da planta Como na nota 7, mas com desfolha mais severa 8 Como na nota 7, mas com secamento mais severo das folhas Plantas severamente afetadas, 50-100 % de desfolha 9 Plantas severamente afetadas, com 50- 100% de secamento das folhas Escala de notas para a avaliação da ferrugem do amendoim Escala de notas 1 = ausência de ferrugem; 2 = baixa severidade (1 a 10 pústulas de ferrugem/folíolo); 3 = severidade regular (10-40 pústulas de ferrugem/folíolo); 4 = severidade alta (mais de 40 pústulas de ferrugem/folíolo) Escala de notas para a mancha preta do amendoim Escala de notas 1 = Sem mancha. 2 = Com pouca doença, ou seja, folíolos com 0,5 a 3,0% de área infectada (1 a 10 manchas/ folíolo). 3 = Nível regular de doença, folíolos com 6 a 9% de área infectada (ou 11 a 25 manchas/folíolo). 4 = Nível alto de doença, folíolos com mais de 9% de área infectada (mais de 25 manchas/folíolo). Escala de notas Escala de notas Escala de notas Escalas de notas Aritméticas Logarítmicas Classe Severidad e (%) Severidade média (%) Severidade (%) Severidade média (%) 1 0 0 0 0 2 0-10 5 0-3 1,5 3 10-20 15 3-6 4,5 Preferir as escalas logarítmicas 3 10-20 15 3-6 4,5 4 20-30 25 6-12 9,0 5 30-40 35 12-25 18,5 6 40-50 45 25-50 37,5 7 50-60 55 50-75 62,5 8 60-70 65 75-87 81,5 9 70-80 75 87-94 91,0 10 80-90 85 94-97 96,5 11 90-100 95 97-100 98,5 12 100 100 100 100 logarítmicas pois segue a lei da acuidade visual Escala de Horsfal e Barrat (1945) Escala diagramática Escala diagramática para avaliação do mal das folhas da seringueira. Modificada por Gasparotto et al., (1989): Escala diagramática para bacteriose em mudas de eucalípto Escala diagramática Escala diagramática para mancha de Cylindrocladium spp. em eucalípto Escala diagramática Escala diagramática para mancha foliar do eucalípto (Quambalaria eucalypti) Escala diagramática Escala diagramática para mancha foliar do eucalípto (X. axonopodis) Escala diagramática Escala diagramática para o oídio do eucalípto (Oidium eucalyptis) Escala diagramática Intensidade de desfolha em relação à altura da copa, em eucalipto Escala diagramática - Quantificação de Doenças de Plantas Informática ����Caracterização das interações entre patógeno, hospedeiro e ambiente; ���� Avaliação das estratégias de controle; CURVA DE PROGRESSO DE DOENÇACURVA DE PROGRESSO DE DOENÇA Proporção de doença x tempo (melhor representação de uma epidemia) ���� Avaliação das estratégias de controle; ���� Previsão de níveis futuros de doenças; ���� Verificação de simuladores; ���� Ajuste de modelo aos dados. 0,6 0,8 1 pr o po rç ão de do e n ça CADEIA DE INFECÇÃO CURVA DE PROGRESSO DA DOENÇA 0 0,2 0,4 tempo pr o po rç ão de do e n ça colonização deposição germi- nação apressório Infecção estabe- lecida colonização lesão Cresci- mento da lesão conidió- foro conídio maturação liberação dispersão CICLO DE INFECÇÃO PRINCÍPIOS PADRÕES REGULARES PADRÕES REGULARES AGRIOS (2004) EPIDEMIOLOGIAEPIDEMIOLOGIA QUANTITATIVAQUANTITATIVA inóculo primário infecção primária fase de sobrevivência inóculo primário infecção primária fase de sobrevivência inóculo secundário infecções secundárias repete-semuitas vezes somente dois padrõessomente dois padrõessomente dois padrõessomente dois padrões DOENÇAS DE JUROS SIMPLES OU MONOCÍCLICAS DOENÇAS DE JUROS COMPOSTOS OU POLICÍCLICAS PRINCÍPIOS GERAIS Plantas infectadas durante o ciclo da cultura não servem de fonte de inóculo para novas infecções no mesmo ciclo. Plantas infectadas durante o ciclo da cultura servem de fonte de inóculo para novas infecções no mesmo ciclo. Tempo Tempo –– mesesmeses (t)(t) TipoTipo de de aplicaçãoaplicação JurosJuros Simples Simples y = yy = y00 + y+ y00 r tr t JurosJuros CompostosCompostos y = yy = y00 expexp rr tt Capital (y) Capital (y) dydy Capital (y)Capital (y) dydy Demonstração de rendimentos por juros simples e compostos, considerando um capital inicial (y0) de R$ 100,00 e uma taxa de rendimento mensal de 10% (r = 0,1). Analogia do crescimento de um capital aplicado no sistema financeiro com o crescimento de doenças ao longo do tempo Analogia do crescimento de um capital aplicado no sistema financeiro com o crescimento de doenças ao longo do tempo Capital (y) Capital (y) (R$)(R$) (R$)(R$) (R$)(R$) (R$)(R$) 11 110110 1010 110110 1010 22 120120 1010 122122 1212 33 130130 1010 135135 1313 ...... ...... ...... ...... ...... 5858 680680 1010 3302933029 3.1423.142 5959 690690 1010 3650336503 3.4743.474 6060 700700 1010 4034340343 3.8403.840 dy/dt = Q R y = y0 + Q R t dy/dt = Q R y = y0 + Q R t dy/dt = r y y = y0 expr t dy/dt = r y y = y0 expr t 0,6 0,8 1 do e n ça 0,6 0,8 1 do e n ça Crescimento Temporal de DoençasCrescimento Temporal de Doenças Modelo Linear Modelo Exponencial 0 0,2 0,4 1 5 9 13 17 21 tempo do e n ça 0 0,2 0,4 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 tempo do e n ça Na natureza, nenhum sistema cresce a velocidade constante indefinidamente Na natureza, nenhum sistema cresce a velocidade constante indefinidamente Correção para infecções múltiplas Correção para infecções múltiplas Como cresce a doença ??? Como cresce a doença ??? Juros simples dy/dt = Q R (1-y) Juros compostos dy/dt = r y (1-y) Juros simples dy/dt = Q R (1-y) Juros compostos dy/dt = r y (1-y) 0,6 0,8 1 pr o po rç ão de do e n ça 0,6 0,8 1 pr o po rç ão de do e n ça Doenças Monocíclicas Doenças Policíclicas O crescimento da doenças é assim modelado: O crescimento da doenças é assim modelado: 0 0,2 0,4 tempo pr o po rç ão de do e n ça 0 0,2 0,4 tempo pr o po rç ão de do e n ça Modelo monomolecularModelo monomolecular dy/dt = Q R (1-y)dy/dt = Q R (1-y) Modelo logísticoModelo logístico dy/dt = r y (1-y)dy/dt = r y (1-y) ln[1/(1-y)] = ln[1/(1-y0)] + Q R t ln[y/(1-y)] = ln [y0/(1-y0)] exp r t ÁREA ABAIXO DA CURVA DE POGRESSO DA DOENÇA ÁREA ABAIXO DA CURVA DE POGRESSO DA DOENÇA yf yo yo r tempo 100 50 0 in ci dê nc ia ( % ) x to 50 T =duraçãototaldeepidemiat diasapósoplantio yf c AUDPC yf yo yo r tempo 100 50 0 in ci dê nc ia ( % ) x to 50 T =duraçãototaldeepidemiat diasapósoplantio yf c AUDPC AACPD AACPD=(y2 + y1)/2 x (t 2 - t1) + (y3 + y2)/2 x (t 3 – t2) + (y4 + y3)/2 x (t 4 – t3) + (y5 + y4)/2 x (t 5 – t4) t0 t1 t2 t3 t4 t5 Área do trapézio = [(cateto maior + cateto menor) / 2 x hipotenusa] ESTRATÉGIAS EPIDEMIOLÓGICAS DE MID Redução do inóculo inicial Redução da taxa de infecção Patógeno Hospedeiro Ambiente Roberts & Boothroyd, 1975 Patógeno Hospedeiro Ambiente Exclusão Erradicação Terapia Resistência Vertical Resistência Horizontal Proteção Escape Disseminação Sobrevivência Doença Infecção Penetração Inoculação Imunização EFEITOS EPIDEMIOLÓGICOS DAS MEDIDAS DE MID Princípio de controle Métodos de MID Redução de Inspeção e certificado de sementes Barreiras e Quarentenas Tratamento de semente/mudas (químico, térmico) Cultura de tecidos (indexação) Desinfestação de máquinas e implementos Yo Yo Yo Yo Yo Eliminação de restos de culturas Yo Exclusão Eliminação de restos de culturas Eliminação de hospedeiros alternativos Rotação de cultura Tratamento do solo (biológico, térmico, químico, solarização) Inundação do solo Tratamento de sementes/mudas (químicos, térmicos) Desinfestação de embalagens, equipamentos e de armazéns Poda de ramos doentes Eliminação de plantas doentes Pulverizações com fungicidas erradicantes Yo Yo Yo Yo Yo Yo Yo Yo r Yo r r Erradicação Proteção cruzada (pré-imunização) Yo r Princípio de controle Métodos de Controle Redução de Termoterapia Quimioterapia Cirurgia Podas de ramos doentes Yo Yo r Yo r Yo r Terapia EFEITOS EPIDEMIOLÓGICOS DAS MEDIDAS DE MID Proteção cruzada (pré-imunização) Resistência vertical Resistência horizontal Biotecnologia (fusão de protoplastos, plantas transgênicas) Resistência induzida Nutrição do hospedeiro Yo r Yo Yo r Yo r r r Imunização EPIDEMIOLOGIA X CONTROLE (MID) (Qual o melhor controle???) Lucro -Saber diagnosticar a doença; -Experiência e conhecimento do avaliador; -Diferenciar tecidos doentes e A QUANTIFICAÇÃO DE DOENÇAS, FINALMENTE DEPENDE: -Diferenciar tecidos doentes e senescentes; -Época correta de avaliação; -Fenologia do hospedeiro; -Precisão e acuracidade. AGRIOS, G.N. Plant disease epidemiology. In: AGRIOS, G.N. Plant pathology. 4th ed. San Diego: Academic Press, 1997. p.153-173. AZEVEDO, L.A.S. de. Manual de quantificação de doenças de plantas. São Paulo, 1997. 114 p. BERGAMIN FILHO, A. Curvas de progresso da doença. In: BIBLIOGRAFIA CONSULTADA BERGAMIN FILHO, A. Curvas de progresso da doença. In: BERGAMIN FILHO, A.; KIMATI, H.; AMORIM, L. (Eds.). Manual de fitopatologia: princípios e conceitos. 3. ed. São Paulo: Agronômica Ceres, 1995b. v.1, p.602-626. BERGAMIN FILHO, A. & AMORIM, L. Doenças de plantas tropicais: epidemiologia e controle econômico. São Paulo: Ed. Agronômica Ceres, 1996. 289 p.
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