Microrganismos: Aumento da Eficiência na Produção Agrícola

A agricultura precisa aumentar cada vez mais a produção de alimentos em vista da crescente população mundial nos próximos anos. Ao mesmo tempo, faz-se necessário o aumento da eficiência da utilização de nutrientes pelas plantas e a tolerância às pragas e doenças, bem como minimizar prejuízos ambientais e a expansão de áreas, em prol de uma agricultura mais inteligente e sustentável. Para atingir este objetivo, há a necessidade de aproveitar as várias interações benéficas que ocorrem entre plantas e microrganismos.

Microrganismos tratados como bioinsumos são empregados nos sistemas agrícolas com a função de melhorar a absorção dos nutrientes, o crescimento de raízes e da parte aérea das plantas, mitigar estresses ambientais e promover a fixação de nitrogênio (N), supressão e controle de doenças, decomposição de resíduos orgânicos, desintoxicação de alguns defensivos agrícolas, produção de metabólitos e a melhoria da saúde do solo. Espécies de microrganismos benéficos comumente utilizadas na agricultura com estes objetivos são aqueles dos gêneros Azospirillum, Bacillus, Pseudonomas, Trichoderma, Rhizobia, entre outros. O manejo da aplicação desses microrganismos é primordial para a eficiência da produção agrícola das culturas produtoras de grãos e energia. Portanto, a demanda pela utilização de produtos biológicos é crescente por estratégias complementares às práticas agrícolas já existentes.

Produção de grãos

Os inoculantes com microrganismos aplicados nas culturas graníferas atuam como importantes promotores da utilização de macro e micronutrientes para as plantas. Bactérias endofíticas são capazes de fixar o N atmosférico e promover o crescimento vegetal, ainda atuam no metabolismo das plantas produzindo fitormônios e outros metabólitos. Fungos, como os micorrízicos arbusculares, promovem benefícios no sistema radicular e na fisiologia das plantas pela produção das hifas dos microrganismos, favorecendo a absorção de nutrientes, principalmente do fósforo (P), cuja disponibilidade no solo é baixa. Entretanto, a utilização de bactérias promotoras de crescimento (BPCP) tem sido mais comum no cultivo de graníferas, como a inoculação de sementes de soja.

As aplicações são, em geral, realizadas na semeadura da cultura com o uso de uma espécie de microrganismo. Recentemente, tem sido recomendado o uso de mais de uma espécie de microrganismos, o consórcio de espécies, aplicado tanto na semeadura quando em época de crescimento e maior demanda por nutrientes das plantas. Isso porque as BPCP e seus metabólitos, como os lipoquitooligossacarídeos e lipopolissacarídeos, produzem fitormônios reguladores de processos e redes de sinalização envolvidos nas respostas das plantas responsáveis pelo aumento da produtividade de grãos (Figura 1) (Moretti et al., 2020, 2021). Como exemplo dessas atividades, as BPCP atuam equilibrando o metabolismo antioxidante, na produção de expolissacarídeos, ajuste osmótico, biocontrole de patógenos de plantas e tolerância sistêmica induzida. É conhecido seu papel estratégico no alívio dos efeitos deletérios das espécies reativas de oxigênio (ERO) e ativação de mecanismos fisiológicos e bioquímicos, através da produção de etileno, citocininas, giberelinas, ácido abscísico, ácido salicílico, ácido indol-3-acético e ácido jasmônico, entre outros.

A inoculação com consórcio de microrganismos com Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizofium diazoefficiens, Rhizobium tropici e Azospirillum brasilense nas sementes de soja estimula o desenvolvimento do sistema radicular e, como consequência, os aumentos nas concentrações foliares de N total, P total e N-ureídeo. Como o N é um constituinte dos componentes das células vegetais e responsável pela síntese de proteínas, aminoácidos e ácidos nucléicos, sua deficiência limita o rendimento de grãos; no entanto, a fixação biológica de nitrogênio (FBN) pode fornecer o N exigido pelas plantas leguminosas. As cepas de Azospirillum Ab-V5 e Ab-V6 tem a capacidade de promover maior capacidade de absorção de nutrientes nas plantas de soja e milho, principalmente o P, devido ao maior desenvolvimento das raízes, como comprimento, volume, área superficial e menor diâmetro das raízes (aproximadamente 0,01–0,5 mm) (D’Angioli et al., 2017). A inoculação de A. brasilense ainda estimula a exsudação de carboxilato radicular, influenciando a comunidade microbiana da rizosfera. Consórcios bacterianos com inoculação de Bradyrhizobium spp. combinados com A. brasilense e com metabólitos de B. diazoefficiens e R. tropici são agronomicamente eficientes e benéficos para a nodulação da soja e nutrição de nitrogênio e fósforo da soja e do milho, promovendo aumentos no crescimento das plantas, produtividade de grãos e concentração de proteína.

Cana-de-açúcar

Uma prática agrícola que vem se destacando no manejo da cultura é o uso de fertilizantes biológicos com BPCP em sua composição, como estratégia para elevar o potencial produtivo das plantas, bem como minimizar o impacto de estresses abióticos no crescimento, desenvolvimento e qualidade da matéria-prima. Isto é possível devido a mecanismos que as plantas desenvolvem para reduzir os efeitos deletérios causados pelo estresse, como a otimização da eficiência do uso da água pelas plantas, melhoria da tolerância ao déficit hídrico, aumento na disponibilidade e aquisição de nutrientes, síntese de hormônios e consequente melhoria do sistema antioxidante das plantas.

O manejo adequado da aplicação das BPCP pode promover alto desempenho da planta uma vez que mantém um nível de espécie reativa de oxigênio (ERO) compatível com o funcionamento celular. Como é o caso de Bacillus spp. que secretam metabólitos estimuladores do crescimento das plantas, desempenham papel na tolerância ao estresse abiótico e biótico, ajudam as plantas a resistir ao ataque de patógenos. O Bacillus subtilis tem grande versatilidade metabólica, o que favorece o crescimento das plantas em condições adversas através da síntese de exopolissacarídeos, sideróforos e hormônios vegetais, e estimula a absorção de nutrientes. É visto que o Bacillus subtilis pode aumentar a capacidade fotossintética das plantas, influenciando a condutância estomática e a tolerância celular à desidratação, promovendo maior eficiência no uso da água nas plantas.

Cana-de-açúcar inoculada com Bacillus tem a assimilação de nutrientes facilitada e, assim, maiores concentrações de N, P, magnésio (Mg) e enxofre (S) nas folhas, além de maior concentração de clorofila, taxa fotossintética líquida, metabolismo de carboidratos e eficiência no uso da água, mesmo em condições de baixa disponibilidade de água. O aumento nas concentrações de N foliar em plantas inoculadas pode estar relacionado à maior atividade de nitrato redutase; assim como as concentrações de S nas folhas podem ser resultado indireto da inoculação devido ao sinergismo na absorção de N e S pelas plantas, e aumento da atividade de nitrato redutase. Há também sinergismo da absorção de P e Mg pelas plantas; com o aumento de Mg em plantas inoculadas com B. subtilis, há o aumento da solubilização de P do solo por meio de mecanismos como acidificação, quelação e produção de ácidos orgânicos. Ao mesmo tempo, há a diminuição nos parâmetros relacionados aos níveis de estresse, como as atividades das enzimas superóxido dismutase (SOD) e peroxidase (POD) e concentração de prolina. Os efeitos consequentes da aplicação desses microrganismos são o maior desenvolvimento radicular e aumentos no perfilhamento, peso do colmo e concentração de sacarose no colmo da cana-de-açúcar (Figura 2).

Assim como as bactérias, o fungo Trichoderma asperellum tem sido utilizado como promotor de crescimento de plantas capaz de induzir a tolerância das plantas a estresses bióticos e abióticos (Scudeletti et al., 2021). A cana-de-açúcar inoculada com T. asperellum tem benefícios similares àquelas que recebem inoculante com Bacillus spp., alteraram a nutrição da cultura e as concentrações de clorofila e carotenoides, resultando em aumento da fotossíntese, condutância estomática e eficiência no uso da água. Além disso, o metabolismo antioxidante também altera, aumentando as atividades das enzimas SOD e POD, bem como a concentração de prolina e o porcionamento de açúcar.

A utilização de fertilizante biológico contendo BPCP em cana-de-açúcar promove melhoria no processo fotossintético das plantas mediante diminuição da temperatura foliar, aumento da assimilação de CO₂, aumento da taxa de fotossíntese líquida, além de aumentar a eficiência de uso da água. Além disso, há incremento na atividade da enzima fosfatase ácida no solo, o que proporciona maior produtividade de colmos, na ordem de 10%, e consequentemente na produtividade de açúcar (Figura 3).

Considerações finais

A inoculação de microrganismos é uma opção viável para melhorar a nutrição de plantas e os parâmetros fisiológicos, mitigar os efeitos negativos de estresses abióticos e, principalmente, aumentar as produtividades. Assim, as aplicações de microrganismos têm importantes implicações para os agricultores, uma vez que as plantas cultivadas demandam nutrientes para sua produção e estão continuamente sujeitas a períodos de seca durante o ciclo da cultura. Novos insights são necessários para melhorar a sustentabilidade da produção agrícola em ambientes com predisposição a períodos secos e que reduzem fortemente a capacidade produtiva das culturas. Além disso, a importância do uso dos inoculantes traz benefícios econômicos e ambientais, em regiões onde a maior produção de grãos e área cultivada está associada à produção de grandes culturas, culminando no aumento da fixação de N₂ no cultivo de leguminosas e em altas produtividade de grãos (soja e milho) e de energéticas (cana-de-açúcar). Desvendar o papel e a aplicação prática desses microrganismos na prática está ajudando a encontrar alternativas complementares às práticas agrícolas, principalmente na nutrição e produtividades das plantas e na saúde do solo.