Uso de Liquens em Estudos de Alelopatia no Brasil

Um amplo espectro de estudos do potencial alelopático dos liquens é apresentado mundialmente com ênfase na Europa. No Brasil, poucos trabalhos sobre esse tema têm sido desenvolvidos. Um dos primeiros trabalhos foi o de Oliveira (1991), que estudou a ação alelopática de extratos brutos de Cladina dendroides sobre a germinação de Lactuca sativa e observou que todos os extratos testados reduziram o percentual de germinação, mas por outro lado estimularam o desenvolvimento das radículas das plântulas germinadas. Este autor também estudou a influência da adição exógena de ureia no metabolismo de C. dendroides e seu potencial alelopático sobre L. sativa e evidenciou que as concentrações de 1,0 e 0,1 mg.mL-1 de uréia sobre talos de C. dendroides comprometiam seu desenvolvimento radicular, ocasionando necroses e reduções de pelos absorventes. Tigre (2009) obteve resultados contrários a esses ao realizar estudos semelhantes com Cladonia verticillaris, onde evidenciou que o crescimento hipocotilar era induzido pelos talos, principalmente quando tratados com ureia a 1,0 mg.mL-1 e o radicular somente nesta concentração, resultado este obtido por Oliveira (1991) somente em baixas concentrações de ureia (0,01 e 0,001 mg.mL-1). Esses resultados demonstram que cada espécie responde de maneira diferente ao suprimento exógeno de ureia, levando a potenciais alelopáticos também diferentes, confirmando a característica espécie-específica deste fenômeno.

49 Yano-Melo et al. (1999) estudaram a atividade biológica de C. verticillaris e C. substellata sobre a germinação e desenvolvimento de Allium cepa e observaram que as substâncias liquênicas estimulavam o desenvolvimento da planta receptora e que essa ação estimuladora de C. verticillaris dependia da concentração dos extratos. Yano-Melo et al. (1999) também evidenciaram indução dos comprimentos médios da radícula de A. cepa quando submetidas ao ácido fumarprotocetrárico, o que foi corroborado anos mais tarde por Tigre (2009) em L. sativa.

A influência de Cladonia salzmanii sobre fungos micorrízicos arbusculares (FMA) e no desenvolvimento de Genipa americana L. foi detectada por Silva (2007), que constatou que os liquens podem afetar as propriedades do solo e, consequentemente, desempenhar alguma influência ecológica sobre seu habitat. Foi observado que o número de esporos e a colonização micorrízica foram maiores na preseença de C. salzmannii e, que os talos deste líquen influenciavam no desenvolvimento de plântulas de G. americana, especialmente quando inoculadas com FMA. Esta influência pode estar relacionada à produção e liberação do ácido barbático no solo, ou por meio de alterações químicas que este composto realizou no solo.

Os dados preliminares com nostoclídeos parecem se relacionar como uma maior eficácia a uma solubilidade em água, facilitando o acesso dos inibidores para o sítio ativo e/ou sua partição entre a água e as membranas lipofílicas do tilacóide (Teixeira et al., 2008b). O seu potencial como inibidores da transferência de elétrons foi investigado. Vários deles foram capazes de interferir em vários graus com a redução de luz por ferricianeto nos cloroplastos isolados. Vinte e um dos trinta e quatro compostos testados foram de fato capazes de reduzir significativamente a taxa da cadeia transportadora de elétrons.

Tigre et al. (2012) observaram que os extratos etéreos, clorofórmicos e acetônicos de C. verticillaris causavam atraso e estímulo significativos no índice de velocidade de germinação e no tempo médio de germinação de L. sativa, que variaram em função da concentração. O crescimento radicular, hipocotilar e a área foliar foram induzidos ou inibidos, variando seu efeito e intensidade de acordo com o extrato e/ou concentração. Esses extratos induziram a formação de plântulas anormais e muitas alterações morfológicas como precocidade do surgimento de raízes laterais,

50 espessamento de raiz primária, diminuição da produção de pelos radiculares, radículas finas, necroses radiculares e cloroses.

Contudo, informações sobre os efeitos dos extratos liquênicos nas células vegetais são ainda insuficientes para o grande número de espécies e substâncias de liquens. Testes de citogenética vegetal têm corroborado para o entendimento dos mecanismos de ação dos compostos presentes nesses extratos, possibilitando a observação dos efeitos ao nível do cromossomo (clastogeênese) através de alterações da estrutura e número dos cromossomos (aneuploidia e poliploidia).

Campos (2004) avaliou o efeito da sazonalidade na produção das substâncias liquênicas e seu efeito alelopático, e observou que os extratos aquosos de Myelochroa lindmanii e Canoparmelia texana inibiam o crescimento radicular de L. sativa e Zea mays, mas não afetavam a porcentagem de germinação. O efeito dos extratos parecia estar diretamente relacionado à interferência no processo de divisão celular, incluindo seu bloqueio e a indução de c-metáfase. O extrato de M. lindmanii parece atuar como antimitótico, afetando a dinâmica de microtúbulos que realizam as funções celulares importantes, tais como a migração de cromossomos, a estrutura celular e formação da parede celular durante o crescimento e o ciclo (Campos et al., 2008). O extrato de C. texana reduziu os índices mitóticos e índices metafásicos, principalmente para os extratos produzidos a partir de material coletado na estação chuvosa. Um dos mais recentes trabalhos foi desenvolvido por Peres et al. (2009) sobre o potencial alelopático de derivados do ácido orselínico. Os diferentes efeitos do ácido lecanórico e seus derivados orselinato sobre a germinação e crescimento de Lactuca sativa (pouco afetada) e Allium cepa (fortemente afetada) destacaram que a ação alelopática de certos metabólitos pode variar em grande medida, entre diferentes espécies vegetais. Em ambas as espécies testadas observou-se significativa inibição pelo ácido lecanórico em altas concentrações e estímulo causado por alguns derivados em baixas concentrações.

O grupo de pesquisa intitulado “Liquens: estudo de substâncias bioativas e monitoramento ambiental” da Universidade Federal de Pernambuco tem estudado em suas pesquisas a influência da radiação gama como um dos fatores abióticos na produção dos aleloquímicos de Cladonia verticillaris e seu potencial alelopático sobre a germinação e crescimento inicial de L. sativa. Os resultados têm revelado que os

51 extratos irradiados aumentam o vigor das plântulas em 31%, estimulam o crescimento radicular em 114% e o hipocotilar em até 190%. Quase todos os tratamentos induziram a alterações morfológicas com formação de pelos radiculares e a formação de raízes laterais, principalmente quando submetidos aos extratos irradiados a 100 Gy que levaram a formação de até três raízes laterais e a formação de plântulas anormais com hipocótilo encurvado e curto (Tigre et al., 2011). Esses resultados revelam que a radiação gama pode acelerar uma resposta fisiológica em C. verticillaris, como uma forma de defesa da radiação, induzindo uma maior produção de compostos fotoprotetores.

Estudos preliminares sobre o efeito alelopático de Cladonia salzmanii e Cladonia substellata também têm demonstrado resultados fitorreguladores sobre L. Sativa, aumentando o hipocótilo em até 229,17%, principalmente quando tratados com C. salzmanii a 0,01 mg.mL-1, tendo o estímulo variado em função da concentração, ou seja, quanto mais baixa a concentração, maior o estímulo; e o comprimento radicular alongado em até 71,59% (Rodrigues et al., 2011).

A estrutura química, por exemplo, o número e o comprimento de grupos alquila ligados aos anéis de benzeno e oxigênio fenólico, é importante em termos de atividade (Peres et al., 2009). Essas informações poderão continuar a apoiar a recente sugestão de usar compostos liquênicos, que são quimicamente simples e possivelmente facilmente sintetizados em laboratório, como herbicidas (Dayan & Romagni, 2001; Duke et al., 2002). No entanto, os diferentes efeitos, que vão da inibição à estimulação, observados em diferentes plantas testadas também deverão ser levados em conta.

Nota-se, portanto, a grande importância da realização de pesquisas nesse campo, para se conhecer os mecanismos de ação, produção e decomposição de compostos alelopáticos, assim como o ciclo desses compostos nesses organismos. Vale acrescentar que dos milhares de compostos naturais identificados a cada ano, que ocorrem nas plantas, nos micro-organismos e no solo, poucos têm sido estudados para seu uso potencial. Por isso, a complexidade bioquímica e de comportamento fisiológico entre espécies ainda é pouco compreendida.

52 2.3Aplicações da Alelopatia como Modelos Agroquímicos

No Brasil, 51% dos gastos para controle de pragas, doenças e plantas daninhas, referem-se a herbicidas, o que representa em torno de 7% do consumo mundial. Sendo a classe de agroquímicos mais consumidos no país, refletindo uma tendência mundial (Velasco & Capanema, 2006).

O grande paradigma da agricultura moderna está no aumento da produção nas áreas já existentes para alimentar uma população mundial em constante crescimento. Dessa forma, a investigação sobre as estratégias de manejo de vegetação capaz de minimizar os custos de produção e, simultaneamente, favorecer a produção agrícola sustentável que seja economicamente viável precisa de atenção (Akobundu, 2000). Alelopatia se encaixa nesta abordagem como um dos princípios de integralidade de qualquer desses sistemas de cultivo de rotação de culturas envolvendo inter-culturas, cobertura vegetal, e manejo da terra em repouso (como o aumento de adubos verdes e plantio in situ).

Os aleloquímicos são considerados menos tóxicos do que os agroquímicos convencionais e geralmente afetam apenas os organismos relacionados ao alvo, em contraste com o amplo espectro de produtos convencionais, que podem afetar outras formas de vida. Muitas vezes os produtos a base de aleloquímicos são eficazes em pequenas quantidades e se decompõem rapidamente, resultando em uma menor exposição e com menores danos ambientais (Kokalis-Burelle & Rodríguez-Kábana, 2006). Muitos compostos naturais apresentam o mecanismo de ação bastante similar ao dos herbicidas sintéticos, tendo potencial para serem explorados como bioherbicidas ou serem conduzidos para a descoberta de novos agroquímicos (Duke, 1986; Hoagland, 2001; Mano, 2006). Dessa forma, os diferentes papéis que a alelopatia apresenta podem ser utilizados como biorreguladores na agricultura, sendo uma ferramenta emergente para uma gestão mais sustentável dos recursos naturais.

A busca pela aplicação do conhecimento da alelopatia é crucial para entender outras interações bióticas, e também o significado real dos mecanismos de ação dos metabólitos secundários no meio ambiente (Anaya, 1999). A alelopatia pode ser vista como um fenômeno ecológico (Romeo, 2000) capaz de regular a saúde do ecossistema

53 e da biodiversidade (Wardle et al., 1997; Mallik, 2000). Contudo, as fronteiras na pesquisa em alelopatia incluem o isolamento de compostos adicionais que podem estar envolvidos, determinação mais precisa de como a produção de aleloquímicos é regulada e como agem os compostos para inibir o crescimento.

Segundo Dayan & Duke (2006) os metabólitos secundários podem ser utilizados para fins completamente diferentes das suas funções naturais, como acontece com muitos produtos naturais farmacêuticos. O interesse renovado em compostos bioativos de origem natural pode, em parte, ser atribuído a recentes avanços tecnológicos que favorecem o isolamento, a caracterização e testes de produtos naturais. Algumas das vantagens de estudar o modo de ação dos produtos naturais é que estas fitotoxinas tendem a inibir alguns sítios que são diferentes daqueles afetados por herbicidas sintéticos (Duke et al., 1996, 1997, 2000). Portanto, estudar os mecanismos de ação dos produtos naturais aumenta a probabilidade de descoberta de outros novos.

Embora muitos dos aleloquímicos causem diversas alterações morfo-fisiológicas sobre as plantas receptoras e tais respostas sejam dependentes da dose de forma linear, suas concentrações necessárias para o controle de plantas daninhas em uma escala de campo é impraticável. Além disso, o grau de seletividade é muitas vezes um fator limitante para sua ampla utilização comercial e, a interface do solo em condições de campo agrícola também afeta a eficácia destes aleloquímicos (Kathiresan et al., 2006). No entanto, estes metabólitos podem ser usados diretamente como herbicidas ou ainda como modelos (lead structures) para o desenvolvimento de novas classes de herbicidas (Godfrey, 1995; Copping, 1996; Duke et al., 2000, 2002). Este tipo de estratégia pode ser considerado atrativo por várias razões. Muitos produtos naturais biologicamente ativos são parcialmente solúveis na água e, como consequência do processo de seleção natural, podem apresentar bioatividade em concentrações muito baixas. Além disso, o mecanismo de ação desses metabólitos sobre plantas daninhas é, muitas vezes, diferente daquele dos herbicidas sintéticos. Estudos têm demonstrado que os sítios moleculares de atuação de herbicidas naturais diferem significativamente dos conhecidos sítios moleculares de atuação dos herbicidas sintéticos (Duke et al., 2000, 2005). A investigação desses novos mecanismos de ação de herbicidas naturais sobre as plantas daninhas é importante porque poderia resultar no planejamento racional de novas

54 classes de herbicidas. Ademais, herbicidas com novos sítios de ação são desejáveis para combater o rápido crescimento de plantas daninhas a eles.

Exemplos de herbicidas que são comercializados hoje em dia e que foram desenvolvidos a partir da estrutura de metabólitos secundários (Tab. 2) incluem o bialafos, a fosfonotricina, a cinmetilina, a sulcotriona e a mesotriona (Teixeira, 2008). A síntese desses compostos é realizada tendo-se como objetivo inserí-los em um amplo programa de busca de novas substâncias com potencial atividade fitotóxica, que sejam seletivas, causem menor impacto ao meio ambiente e, apresentem potencial desenvolvimento comercial.

Tabela 2. Herbicidas desenvolvidos a partir de aleloquímicos naturais

Fonte: Hatzios (1987)

Produtos Naturais Fontes: plantas ou

micro-organismos Herbicida Fabricante

Anisomicina Streptomyces sp. Methoxyphenone Nihon/Japão

Cineole Várias plantas Cinmethylin Shell/USA

Benzoxazinonas

(ácido Hidroxâmico) Plantas gramíneas Benzazin BASF/Alemanha

Iprexil Iprex pachyon Benzadox GULF/USA

Ácido Fusárico Fusarium sp. Picloran Dow/USA

Ácido Quinolínico Nicotina tabacum Quincloral BASF/Alemanha

Moniliformina F. moniliforme 3,4,

dibytoxymoniliformin CIBA/Geigy./Suíça Fosfinotricina S. viridochromegenes Glufosinate Hoechst/Alemanha

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2.4 Mecanismos de ação dos Herbicidas

O Conhecimento do mecanismo de ação dos herbicidas é fundamental na avaliação de sua eficácia na agricultura e na compreensão do seu impacto ambiental (Oliveira Junior, 2001).