Compostos naturais como bioestimulantes e indutores de resistência à mancha bacteriana em plantas de tomate (Solanum lycopersicum L.)

Abstract

O cultivo do tomateiro é de grande importância social e econômica no país, e é acometido por diversas doenças que podem reduzir a produtividade dessa hortaliça. A mancha bacteriana é uma das doenças mais devastadoras em tomateiros cultivados em ambientes quentes e úmidos. O manejo desta doença é difícil devido à rápida multiplicação dos patógenos nos tecidos infectados, à ausência de produtos químicos adequados e à ausência de variedades de tomate com resistência satisfatória. O presente trabalho buscou nos compostos naturais alternativas ambientalmente amigáveis para o controle da mancha bacteriana em tomateiros, desvendando os mecanismos de ação envolvidos e acompanhando as alterações na fisiologia das plantas tratadas e inoculadas. Os polissacarídeos de babosa (PB), o hidrolato de melaleuca (HI) e o vermicomposto líquido (VL) são produtos naturais extraídos de plantas ou da decomposição da matéria orgânica, que podem atuar no controle de Xanthomonas hortorum pv. gardneri de maneira direta, graças à ação antimicrobiana dos princípios ativos, ou de maneira indireta, elicitando os mecanismos de defesa da planta através da indução de resistência. Os compostos naturais podem ainda aumentar o metabolismo antioxidante e bioestimular o crescimento das plantas, deixando-as mais resistentes a estresses bióticos e abióticos. O efeito antimicrobiano dos compostos naturais foi testado in vitro pela inibição na formação de biofilme microbiano, sendo o HI (50 µL mL-1) responsável pela redução de 57% do biofilme bacteriano. O efeito sobre a severidade da mancha bacteriana foi avaliado a partir da pulverização dos compostos nas folhas de tomateiros, três dias antes da inoculação com o patógeno. O VL (10 mg COT mL-1) foi o composto que mais reduziu o desenvolvimento dos sintomas, não passando de 6% a área foliar lesionada, provavelmente devido ao potencial antioxidante e ao aporte de microrganismos benéficos após a pulverização foliar deste composto. A análise de desenvolvimento visou comparar os aumentos de biomassa da parte aérea e das raízes, bem como a altura das plantas tratadas com os compostos. O VL e, surpreendentemente, os PB promoveram o aumento de todos os parâmetros fisiológicos, comprovados pelo aumentos da enzima nitrato redutase, determinada em plantas inoculadas e não inoculadas. Para quantificar o dano celular causado pelo estresse oxidativo e o potencial de detoxificação das plantas tratadas com os compostos naturais, foram feitas análises de peroxidação lipídica e quantificação e acúmulo de peróxido de hidrogênio. O composto que promoveu maior proteção aos danos nas membranas das plantas inoculadas foi o PB, seja pelo seu potencial antioxidante quanto de proteção física. Para avaliação das respostas bioquímicas de defesa da planta, foram mensuradas as atividades de algumas enzimas antioxidantes como a catalase (CAT) e a ascorbato peroxidase (APX), e a fenilalanina amônia-liase (FAL). Os PB e o HI promoveram aumentos significativos das enzimas antioxidantes rapidamente após a inoculação, além disso, plantas tratadas com PB apresentaram altas atividades da FAL, sugerindo que a resistência das plantas foi induzida pelo uso preventivo destes polissacarídeos. As substâncias húmicas presentes no vermicomposto foram fracionadas pela acidificação do extrato húmico total, até obtenção dos ácidos húmicos (AH) e fúlvicos (AF), pulverizados nas plantas de tomate. Todas as frações e extratos reduziram a severidade da doença, sendo a fração dos AH a mais bioativa, promovendo maiores atividades das enzimas antioxidantes e de defesa, maior crescimento das plantas, maiores conteúdos de clorofila, além de aumentar a eficiência do fotossistema II. Dessa forma, nota-se o grande potencial dos compostos naturais, seus extratos e frações em controlarem a mancha bacteriana em tomateiros, melhorarem o metabolismo secundário e promoverem o crescimento das plantas, tornando-as mais aptas a responderem de maneira mais eficiente, permanente e ecológica, ao ataque de patógenos.

Abstract: Tomato cultivation is of great social and economic importance in the country, and is affected by several diseases that can reduce the productivity of this vegetable. Bacterial spot is one of the most devastating diseases in tomato plants grown in hot, humid environments. The disease management is difficult due to the rapid multiplication of pathogens in infected tissues, the absence of suitable chemicals and the absence of tomato varieties with satisfactory resistance. The present study looked for environmentally friendly alternatives in natural compounds for the control of bacterial spot in tomato plants, unraveling the mechanisms of action involved and following the changes in the physiology of treated and inoculated plants. Aloe polysaccharides (AP), tea tree hydrolate (HI) and liquid vermicompost (VL) are natural products extracted from plants or from the decomposition of organic matter, which can act to control Xanthomonas hortorum pv. gardneri directly, due to the antimicrobial action of the active principles, or indirectly, eliciting the plant defense mechanisms through the resistance induction. Natural compounds can also increase antioxidant system and biostimulate plant growth, making them more resistant to biotic and abiotic stresses. The antimicrobial effect of natural compounds was tested in vitro by inhibiting the formation of microbial biofilm, with HI (50 µL mL-1) being responsible for a 57% reduction in bacterial biofilm. The effect on bacterial spot severity was evaluated by spraying the compounds on tomato leaves three days before inoculation with the pathogen. VL (10 mg COT mL-1) was the compound that most reduced the development of symptoms, with the injured leaf area not exceeding 6%, probably due to the antioxidant potential and the contribution of beneficial microorganisms after foliar spraying of this compound. The developmental analysis aimed to compare the increases in shoot and root biomass, as well as the height of plants treated with the compounds. The VL and, surprisingly, the AP promoted the increase of all physiological parameters, confirmed by the increase of the nitrate reductase enzyme, determined in inoculated and non-inoculated plants. To quantify the cell damage caused by oxidative stress and the detoxification potential of plants treated with natural compounds, lipid peroxidation analyzes and quantification and accumulation of hydrogen peroxide were performed. The compound that promoted greater protection against damage to the membranes of inoculated plants was AP, either for its antioxidant or physical protection potential. To evaluate the plant biochemical defense responses, the activities of some antioxidant enzymes such as catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX), and phenylalanine ammonia-lyase (PAL) were measured. AP and HI promoted significant increases in antioxidant enzymes quickly after inoculation, in addition, plants treated with AP showed high PAL activities, suggesting that plant resistance was induced by the preventive use of these polysaccharides. The humic substances present in the vermicompost were fractionated by acidification of the total humic extract, until obtaining humic acids (HA) and fulvic acids (AF), sprayed on tomato plants. All fractions and extracts reduced disease severity, with the HA fraction being the most bioactive, promoting greater activities of antioxidant and defense enzymes, greater plant growth, greater chlorophyll content, in addition to increasing the efficiency of photosystem II. Thus, the great potential of natural compounds, their extracts and fractions to control bacterial spot in tomato plants, improve secondary metabolism and promote plant growth, making them more apt to respond more efficiently, permanently and ecological, to the pathogens attack.