Por: Ricardo Cruz
Raízes e
Micorriza na Família Orquidácea
Por: Ricardo Cruz
1. Breve Introdução
Orquídeas são plantas as família das Monocotiledônea, na ordem superior das Liliiflorae.
As monocotiledôneas incluem as palmeiras, os bambus, gramas, cebolas e bananas – elas possuem somente um cotilédone em suas sementes: cotilédones são folhas embrionárias, carregadas de reservas nutritivas, que protegem e fornecem alimento ao embrião contido na semente. A grande maioria das demais plantas são dicotiledôneas.
As Liliiflorae contêm não somente as orquídeas, mas os lírios, amarilis e íris – todas essas plantas desenvolvem suas sementes em ovários abaixo das flores.
A estrutura das orquídeas, e de seus aliados, são distintas de outras ordens de plantas floríferas mais por uma combinação de características florais do que uma característica única do seu grupo. As flores das orquídeas nascem de pedúnculos chamados de pedicelos, como em outras flores, mas este pedicelo gira em 180°, de modo que uma flor madura de uma orquídea nasce de cabeça para baixo. Isso é o chamado ressupinamento – notar que algumas espécies não ressupinam.
Das três sépalas das flores (segmentos florais externos) e das três pétalas (segmentos florais internos), todas as sépalas e duas pétalas laterais geralmente são similares em cor e forma. A pétala restante, geralmente distinta das demais, é chamada de labelo, e é geralmente maior e diferente em cor e formato, freqüentemente sendo lobada ou côncava. O labelo, que freqüentemente atua como uma plataforma para o polinizador, atraindo esse polinizador por uma combinação de formatos, cores e odores e conforme esse polinizador responde melhor;
As orquídeas são distintas das demais plantas floríferas porque possuem:
- seus estames e pistilos (partes masculinas e femininas) estão fundidas juntas em uma estrutura, chamada de coluna;
- o pólen não é granular, como na maioria das plantas, mas fundido em massas chamadas políneas, que variam em número, conforme a espécie e também em sua textura;
- possuem geralmente três lobos estigmáticos (áreas receptoras de pólen), embora somente dois são funcionais;
- o ovário encontra-se abaixo da flor e é circundado pelos tecidos do pedicelo. È tripartido, contendo numerosos óvulos (estruturas formadoras de óvulos) que maturam em sementes;
- possuem três pétalas e três sépalas semelhantes à pétalas;
- geralmente uma das pétalas forma um lábio, ou labelo, tornando a flor lateralmente simétrica;
- as sementes são minúsculas e numerosas, podendo atingir mais de 2 milhões de sementes por cápsula;
- diferentemente da maioria das outras plantas, as sementes não possuem reservas alimentares em seus tecidos;
- na maioria das espécies, as hastes florais giram durante seu desenvolvimento;
- as orquídeas não variam muito vegetativamente tanto como suas estruturas florais, que variam imensamente, refletindo sua adaptação aos diversos polinizadores e aos habitats que ocupam;
- metade das orquídeas são polinizadas por abelhas; mariposas, moscas, borboletas, pássaros e outros agentes respondem pelo restante.
- as orquídeas vegetam em todos os continentes, à exceção da Antártida
2. A Semente e a Micorriza
A família das Orquidáceas é
uma das maiores do reino vegetal, com mais de 20 mil espécies identificadas,
a maioria distribuída nos trópicos e sub-trópicos.
Essa diversidade é surpreendente, dado que em algum ponto de seu ciclo de vida, todas as orquídeas são dependentes de fungos e do processo de mocorriza. Sejam orquídeas clorofíticas ou aclorofíticas, capazes ou não de atividade fotossintética em sua fase adulta, todas as orquídeas possuem um estágio onde são não-fotossintéticas e por isso dependentes de fontes externas de nutrientes (Smith & Read, 1997).
Na vasta maioria dos casos, é somente da fase de seedling que é obrigatória a micorriza. As sementes das orquídeas são muito pequenas (em torno de 0,3-14 mg por semente – 1 mg (micrograma é igual a um milionésimo de uma grama) e contêm pouquíssimas reservas de nutrientes. Contêm pequenas quantidades de proteínas e lipídios de alta energia, mas pouco açúcar.
Os fungos envolvidos na micorriza são os do grupo Basidiomicelos, particularmente da espécie das Rhizoctonia, com os quais muitas orquídeas são associadas. A infecção de uma semente de orquídea pelos fungos ocorre quando o embrião absorve água e se expande, rompendo a cobertura da semente. Um embrião de semente consiste em umas poucas centenas células e os fungos espalham-se rapidamente de célula para célula.
Um fungo consiste em filamentos finos, geralmente em forma de novelos, chamados de Hifas e assim serão referidos, como constituindo o micélio dos fungos. Eles exploram o solo ou substrato para nutrientes e os transportam para as plantas. Nesse texto, as Hifas serão considerados sinônimos dos fungos.
Notar nas fotografias abaixo a contaminação das células dos embriões na semente de uma orquídea.
Fig.1 – Esta fantástica foto mostra uma semente já contaminada por fungos (as regiões na cor vermelha escura). Com o início do processo a semente já possui condição de receber nutrientes e iniciar sua germinação. Foto – Universidade do Estado de Arizona
Fig. 2 & 3 – Fotos - Universidade de Edinburgo
A figura A acima mostra uma seção transversal da parte externa de um protocórnio (embrião, ou simplificadamente, semente) de uma orquídea (Neottia), colorida por reagentes para mostrar as massas de hifa fúngica (as setas).
A figura B mostra a mesma seção com um aumento muito maior – as células do embrião da orquídea estão saturadas com rolos das Hifas fúngicas, mas significativamente as células da planta estão vivas e elas contém o núcleo (n). Os rolos de fungos duram somente uns poucos dias ou semanas e são digeridos (esta condição está mostrada à esquerda da fig B, onde aparentemente estão degenerados, já não têm mais o formatos de rolos) e o processo de invasão e digestão recomeça.
Esse embrião emerge e produz uns poucos fios de raízes, os quais as hyphae rapidamente colonizam. Tão logo as Hifas penetram na célula do embrião, a membrana plasmática da célula da orquídea invagina, vira as bordas para dentro, e as hifas tornam-se cercadas por uma fina camada de citoplasma.
Dentro das células, as Hifas formam rolos chamados de pelotons, que aumentam grandemente a área da superfície interfacial entre a orquídea e os fungos. Cada peloton intracelular tem um ciclo de vida curta, durando apenas alguns dias antes de se degenerar e ser digerido pela orquídea. Na verdade, as próprias Hifas possuem um ciclo de vida curto – as Hifas mais velhas desenvolvem grandes cavidades e paredes de célula mais espessas, e o citoplasma (a porção da célula entre a membrana e o núcleo) degenera-se: a células das Hifas eventualmente colapsam e são consumidas pelas orquídeas.
Durante esse processo, as células das plantas permanecem funcionais e podem ser recolonizadas por quaisquer Hifas sobreviventes, ou por fungos invadindo células adjacentes.
Fig. 4 – Pode-se observar os
pelotons,tingidos Fig. 5 – Nessa foto, grandemente
amplificada, pó- De vermelho, no interior das células. demos ver com mais detalhes os pelotons dentro
Foto -
Jim Deacon
das células.
Foto Smith & Read.
Mycorrhizal Symbiosis
3. Infecção por Fungos e Germinação
A infecção por fungos micorríticos de uma semente não significa que, necessariamente, resultará na germinação e crescimento de uma orquídea.
Criada a associação, 3 possibilidades existem:
- existirá a interação micorrítica descrita acima;
- ocorrerá uma infecção parasitária, na qual as células das orquídeas são invadidas e o embrião morre;
- as células das orquídeas rejeitam a infecção pelos fungos.
Todas essas 3 interações podem ocorrer numa população de protocórnios, realçando a relativa instabilidade da natureza da associação. Uma infecção fúngica bem sucedida resulta no desenvolvimento de uma semente de orquídea.
Muitas das espécies de orquídeas desenvolvem a clorofila em seu estágio adulto e tornam-se menos dependentes da micorriza.
Entretanto, muitas orquídeas clorofíticas mesmo depois de adultas, possuem raízes micorrítica e ganham nitrogênio e fósforo nessa associação – se durante essa associação os fungos ainda são induzidos a transferir carbono para as orquídeas, ainda é um processo desconhecido.
Em torno de 200 espécies de orquídeas mantêm-se aclorofíticas em toda sua vida – espécies como Galeola, Gastrodia, Corallorhiza, Rhizantlella e muitas outras continuam a receber carbono de seus fungos micorríticos.
4. Micorriza e Raízes
Os tipos de fungos micorríticos e a associação que formam com as raízes são variados. Estas associações são classificadas basicamente como endotrópicas (fungos dentro das raízes) ou ectotrópicas (fungos por fora das raízes, formando uma bainha de micélio sobre a superfície da raíz).
Existem outros tipos de associação como em algumas árvores de florestas, que são ectendontrópicas, ou uma combinação dos tipos básicos, e outras formas existem, como o tipo único de associação micorrítica de fungos como do tipo Rhizocotonia dentro das raízes das orquídeas, que é praticamente o mesmo para todas as orquídeas.
Fig. 6 – Aspecto típico de raízes de
uma orquídea
Foto Universidade da Califórnia, Los Angeles
As raízes das orquídeas são modificadas em relação às das demais plantas, aparentemente como uma adaptação para a vida aérea ou epífita. Muitas orquídeas possuem raízes envoltas por uma camada em véus, ou velame, que ajuda na absorção de água – é importante considerar este aspecto: o velame não é a raiz da orquídea , ele envolve a raiz da maioria delas, especialmente as epífitas
O velame na raiz de uma orquídea é de cor branca ou prateada em raízes maduras (algumas espécies apresentam cor acobreada ou amarronzada). É uma estrutura multicamada (epiderme múltipla) de células mortas, com um engrossamento especial nas paredes das células.
Esse engrossamento especial previne colapso celular e protege a raiz de danos mecânicos.
Quando a raiz está úmida, o velame enche-se passivamente com água, ajudado por perfurações ou lágrimas nas paredes, e por onde as raízes entram também numa fase de secagem. Quando seco, o velame provê uma barreira contra a perda de água, via transpiração das células molhadas da raiz.
5. Descrição da Estrutura das Raízes
Fig.
7 – Excelente fotografia (não é um desenho) da seção de uma raiz típica das
orquídeas
Foto David Webb – Universidade do Havaí
Para entender a estrutura das raízes, precisamos identificar seus componentes básicos:
- a epiderme múltipla, externa às raízes
- exoderme, ou a camada celular externa
- o córtex, que é uma camada entre a exoderme e a endoderme onde ficam as células parenquimosas, geradoras e multiplicadoras
- a endoderme, ou a camada celular interna
- os elementos do metaxilema, que são o conjunto primitivo do tecido lenhoso e mais rígido
- o floema, que é o conjunto dos vasos que conduzem a seiva
- a medula, ou a parte interna do cilindro central da raiz
Os termos acima são uma tradução e descrição simplificada e não técnica – os termos em negrito podem ser melhor compreendidos se consultadas publicações na área biológica ou um bom dicionário.
Fig. 8 – Foto de um quadrante da seção transversal de uma raiz de orquídea
Foto – Universidade do estado de Arizona
Nessa seção podemos observar com detalhes os diversos tipos peculiares de células numa raiz. Começaremos da parte externa e movendo-se em direção ao centro.
O primeiro tecido que encontramos é a epiderme múltipla, que tem a espessura aproximada de duas camadas de células nessa foto.
A estrutura é seguida pela exoderme, que possui paredes bem definidas e que possui paredes altamente reforçadas somente voltada para a parte externa – é o conjunto de células delimitada externamente pela linha externa mais escura na figura.
Após esta, segue-se um grande córtex de células parenquimosas, que são os tecidos onde ocorrem as mais significativas e importantes processos vitais, como a preparação e armazenamento das substâncias nutritivas, fenômenos respiratórios, etc. O nessa foto, o córtex possui uma espessura aproximada de 15 células.
O centro da raiz da orquídea é ocupado na parte externa pela endoderne, que possui paredes lenhificadas ou mais duras – é o grupo da figura de pequenas células de formato cilíndrico, posicionadas em sentido radial, fazendo a separação com as células parenquemosas.
Caminhando ainda em direção ao centro a partir da células da endoderme, encontram-se os elementos do metaxilema, de cor escura e aí os elementos que atuam como “ralos” de escoamento, a tubulação que é parte do floema, e que juntos formam os feixes vasculares que transportam os nutrientes, todos ao redor da medula, ou parte central e final da raiz.
Fig. 9 –
Nessa foto, com um aumento de 40 vezes, e uma nova cor para tingimento das
células, podemos observar a medula (pith) cercada pelo cilindro
vascular, composto pelos elementos do floema. E um exemplo da
formação de uma derivação da raiz (branch root) , que ao nascer, vem sempre do
córtex.
Foto Universidade do Estado de Ohio
Figura 10 –
Foto ampliada da estrutura do velame, na parte mais externa da raiz
e tingidas
de azul, mostrando a disposição das células.
Foto David Webb – Universidade do
Havaí
Fig. 11 –
Com um aumento de 100 vezes, podemos ver uma córtex de duas camadas que
envolve o núcleo
da raiz, chamado em conjunto como cilindro vascular. A
seta indica claramente o local de passagem
entre as células de água e nutrientes
vindas da endoderme para a “tubulação” do floema .
Fig. 12 – Agora,
com um aumento de 400 vezes, a seta indica com detalhe maior que a figura
anterior
a passagem pelas as células lignificadas da endoderme. As células com
uma parede espessa tingidas
com vermelho (observar com cuidado os
detalhes) são xilema. Células com paredes finas tingidas de
vermelho são fibras. Existem pequenos grupamentos verdes de floema em
cada grupo de fibras.
Fotos 11 e 12 – Universidade do Estado de Ohio
6. Seção Longitudinal – as Pontas das Raízes
Fig. 13 – Seção longitudinal de uma raiz
Foto – Universidade do Estado do Arizona
A zona mais à direita é a capa da raiz, composta de células parenquimosas, seguida do meristema apical, que é uma área de divisão celular ativa e é vista claramente contornada por uma faixa mais escura.
As regiões mais à esquerda são a zona de elongamento da raiz, onde os elementos protofloema e protoxilema estão diferenciados.
Estes elementos irão formar o floema e o xilema da raiz estabilizada e madura. A zona de maturação, onde tais elementos estariam consolidados, não é mostrada na figura.
As finas camadas de cor azul, mostradas ao longo da figura, mais visíveis notadamente na ponta da raiz na extremidade direita, são células já necrosadas da capa da raiz, visto que a raiz sempre está em crescimento contínuo, e forçando seu crescimento através do substrato e aderindo às superfícies onde vegeta, essas células danificam-se e são continuamente reproduzidas.
O meristema apical existente nas raízes é o que propicia a clonagem ou meristemagem das orquídeas através do uso das raízes – embora de isolamento mais complexo que o meristema encontrados nos brotos, o uso do meristema das raízes propicia uma maior quantidade de tecidos para a cultura dos mesmos, embora mais complexa.
Citações:
- Heinrich Beyrle - How can orchids and fungi live together? - Heinrich Beyrle http://www.myorchids.de/mycorrhiza.htm.
7. Estudos iniciais sobre Micorriza
Um dos fascinantes aspectos do cultivo de orquídeas é a possibilidade de colecionar e manter um orquidário ou coleção possuindo apenas as noções básicas ou o aprofundamento, a busca e a pesquisa em diversos ramos botânicos e biológicos, aumentando os conhecimentos e tentando entender um pouco mais desta fantástica família de plantas superiores.
Embora os estudos específicos sobre raízes de orquídeas sejam mais raros que outras culturas, um bom volume de informação existe, sendo um assunto tão vasto que por si só merece especialização acadêmica.
O primeiro estudo científico sobre a micorriza nas orquídeas foi feito pelo cientista francês Noel Bernard – em maio de 1899, ele descobriu sementes de orquídeas germinando sob um tronco numa floresta. Bernard concluiu que estas sementes conteriam fungos micorríticos, e que as sementes dependeriam desses fungos para nutrição, o que seria a única forma de germinar naquelas condições. Deste dia até sua morte prematura em 1911, Noel Bernard germinou sementes de várias espécies de orquídeas e conduziu numerosos experimentos. Ele descobriu a que a relação fungo/orquídeas é específica e que somente certos fungos são capazes de estimular o crescimento das plântulas. Por exemplo, as orquídeas do gênero Cattleya formarão micorriza com fungos originários de uma outra Cattleya, mas estes fungos quando combinados com fungos oriundos de Phalaeonopsis ou Odontoglossum, ou estes fungos combinados infeccionam e matam a orquídeas ou os fungos são combatidos por uma substância produzida nas células da planta hóspede, que produz uma reação contra esses fungos: a plântula então não se desenvolve mais e quando isso ocorre já num estágio mais adulto, as orquídeas são capazes de destruir os fungos.
As Orquidáceas são obrigatoriamente micotrópicas, visto que suas sementes são extremamente pequenas e não possuem nutrientes em quantidade suficiente para germinar como as demais plantas – pode até haver um início de germinação, mas o embrião não se desenvolverá acima do estágio de umas poucas células. O desenvolvimento completo somente é possível em associação com fungos, que provêm um substrato nutriente.
Nessa fase embrionária, e somente nesse estágio inicial, todas as orquídeas são parasíticas – muitas delas, as que se tornam capazes de fotossíntese em seu estágio adulto, não dependem mais totalmente deles e então os fungos tornam-se supérfluos. Conforme mostrado na Parte 1 dessas notas, os fungos penetram o tecido das plântulas, e daí concentram-se nas raízes em formação. Como os fungos possuem uma vida curta, eles são absorvidos pelas células das orquídeas.
É interessante notar que o cilindro vascular das raízes, a parte mais interna da raiz de uma orquídea, jamais, ou muito raramente, é infectada por fungos – isso é uma proteção da planta sobre uma infestação de fungos que não possa ser controlada e se torne uma “epidemia” interna.
Fig. 14 – Células das raízes da orquídea Goodyera Fig. 15 – A mesma raiz: notar o aspecto di-
Oblongifolia com micorriza –provavelmente fungos ferente dos novelos das Hifas (pelotons), ao do gênero Rhizoctonia. Fotos Bryce Kendrick passar de uma célula para outra.
Esses fungos, na fase inicial de germinação como já dito, morrem no curso do desenvolvimento da planta e são absorvidos pelas orquídeas. Se esta ação não ocorresse na planta hospedeira, os fungos se espalhariam e tornar-se-iam parasíticos na planta. Esta é a razão porque somente uma fração dos seedlings (protocórnios) desenvolve-se em muitas espécies de orquídeas – alguns seedlings não conseguem dosar ou controlar a invasão fúngica, ou rejeitam essa associação, e perecem.
8.
O Mecanismo das Orquídeas
para Controle da Micorriza
A inibição do crescimento dos fungos é causada pela síntese pela orquídea de uma substância antagônica – ela foi primeiramente denominada orquinol, e mais tarde foi caracterizada por E. Gaumann e H. Kern em 1959, e denominada dehydroxyphenanthrin.
Este fungicida natural possui efeitos sobre numerosos fungos micorríticos e terrestres, e sua síntese é efetuada pelas orquídeas somente em presença de fungos. Por tal comprova-se a afirmação mais acima, de que as orquídeas são capazes de controlar e matar fungos que se tornem indesejáveis ou inibe o desenvolvimento descontrolado dos mesmos.
Sob microscópio, é possível claramente visualizar que a distribuição dos fungos é bem organizada e torna-se óbvio que a planta controla o crescimento dos fungos em seus tecidos. Ainda sobre Noel Bernard, deve ser a ele creditada as observações iniciais que as infestações fúngica são quase patogênicas (e mencionadas numa linha poética em suas trabalhos científicos, onde grafa a “maladie bien faisante” , algo como uma doença do bem), onde ele via essa associação planta/fungo como uma doença benéfica às orquídeas.
De fato estudos posteriores em anos subseqüentes revelaram que alguns fungos presentes nas orquídeas são patogênicos (que produzem doenças) em outras plantas – exemplos são o fungo Armillaria mellea, que mata até árvores, mas é simbionte com a orquídea Gastodia elata e um fungo destruidor de culturas, a Rhizoctonia solani , que no entanto convive com a orquídea européia Dactylorhiza purpurella.
A madeira é uma das mais abundantes fontes de energia do mundo, mas é muito difícil de se degradar – somente alguns fungos especializados do grupo Basidomicete e Ascomicete possuem capacidade para tanto.
É muito mencionada uma citação de Hoene sobre os Oncidiums, que quando coletados não sobreviveriam se não tivessem acesso rapidamente à folhas ou madeira em decomposição – o que Hoene sabiamente percebeu, mas não descreveu precisamente, é que os Oncidium ao serem transplantados de seus habitats, são muito dependentes da micorriza, e necessitam de acesso aos fungos existentes na madeira em decomposição até se restabeleceram no novo local.
Fig. 16
–
A imagem mostra
uma peça de madeira em franca decomposição e infectada por
fungos (Serpula lacrymans).
Pode-se
notar as fissuras em forma
de pequenos tijolos
(setas
brancas), típicas desse fungo. Na parte inferior podemos ver as colônias
amarelo-enxôfre das
Hifas de fungos em expansão na superfície da madeira – a expansão das margens é
indicada
pelas setas escuras.
Muitos fungos apresentam a capacidade de produzir uma variada gama de substâncias químicas, as enzimas, que catalizam a conversão de moléculas orgânicas – essas enzimas permitem aos fungos quebrar ou decompor materiais orgânicos complexos e degradar paredes e mesmo penetrar as células vivas de organismos animais e vegetais, provocando doenças. Como os animais, que possuem anti-corpos, as plantas possuem mecanismos muito eficientes para defesa contra doenças, que contribuíram para a sobrevivência das espécies sob a pressão de seleção na evolução.
As orquídeas são continuamente expostas aos fungos e outros micro-organismos, e resistência à doença é uma regra e a susceptibilidade uma exceção – e são diversos os mecanismos de defesa: estudiosos da fisiologia vegetal diferenciam a resistência pré-infeccional (que é uma defesa passiva) e a resistência pós-infeccional (que é uma defesa ativa).
O primeiro mecanismo, a defesa pré-infeccional, refere-se a compostos que existem normalmente nas plantas, antes que a infecção ocorra. Já a defesa pós-infeccional referem-se a compostos que são produzidos e acumulados somente durante ou ao longo do curso de uma infecção que sai de controle.
É importante distinguir dois tipos de sistemas de metabolismo e síntese existentes nas plantas – o metabolismo tipo primário ou principal, sintetiza as substâncias necessárias ao crescimento e brotação, formação de folhas, raízes e flores e são comuns a todas as plantas – são substâncias como ácidos nucléicos, proteínas, açúcares e ácidos graxos. Os compostos antimicrobiais são sintetizados por um mecanismo do metabolismo tipo secundário.
Esses compostos são de grande diversidade e plantas de diferentes espécies produzem compostos diferentes. O sistema do metabolismo tipo secundário é o que produz tanto compostos que agem como chamariz para os polinizadores (perfumes e cores) como moléculas de defesa e tóxicas aos insetos predadores e micro-organismos, tais como ligninas, fenóis, terpenos e flavonídeos.
Como na natureza cada um protege-se contra a extinção, muitos insetos e fungos desenvolvem defesas contra essas substâncias produzidas pelas plantas – muitos patógenos conseguem superar a barreira dessas substâncias e colonizam algumas células nas plantas.
A planta responde ativamente com a formação de papilas ou paredes celulares extras de forma a encapsular o invasor – eventualmente, algum distúrbio no metabolismo do tecido infestado pode resultar na morte imediata da célula contaminada.
A morte localizada dessas determinadas células (reação por hipersensibilidade), provoca ações juntamente com a síntese de novas substâncias antimicrobiais (fitoalexinas), em quantidades apreciáveis, que se alojam nos tecidos sadios próximos às células invadidas e mortas - na maioria dos casos essa ação previne a propagação da infecção e crescimento do agente patogênico.
O resultado do choque entre a planta e o agente patogênico é então visível, em forma de manchas de pigmentação escuras em folhas, raízes, brotos ou outros tecidos da planta.
9. O estabelecimento real da Micorriza
O resultado final de uma infecção em larga escala depende da orquídea, do fungo envolvido e dos nutrientes disponíveis a ambos em processo de simbiose. Nutrição moderada restringirá a ação dos fungos e o estabelecimento da micorriza numa ótica benéfica. Entretanto, altos níveis de carboidratos e compostos ricos em nitrogênio resultará num crescimento acelerado dos fungos, invasão parasitária e a morte da orquídea – esse é um aspecto importante que devemos observar no tratamento de plantas doentes, a de suspender as regas e adubação, pois ao continuarmos não estaremos favorecendo as orquídeas no processo, mas sim os fungos.
A instabilidade da micorriza é melhor entendida e verificada nas interações que ocorrem nas tentativas de germinação simbiótica (em presença de fungos). Mesmo fungos compatíveis, que não são rejeitados pelas orquídeas embrionárias, e necessários ao processo de germinação, podem mais tarde tornar-se parasitários e matar os protocórnios ou sementes.
Infecção descontrolada é o maior problema da reprodução simbiótica e um grande limitador dessa forma de reprodução – um fungo com potencial de germinar uma orquídea paradoxalmente possui a capacidade de matar essa orquídea.
Aparentemente a capacidade de manter essa relação sob controle depende mais da orquídea que do fungo – o processo não é ainda muito bem compreendido, mas aparentemente uma associação bem sucedida baseia-se num pacto de não-agressão : se o fungo mostra-se agressivo, as fitoalexinas e substâncias tóxicas são produzidas continuamente pelas orquídeas. Se as doses produzidas forem altas, os fungos têm seu crescimento inibido totalmente (até com morte), paralisado ou controlado, e se o decréscimo de agressividade do fungo diminuir, aparentemente o nível de produção das substâncias defensivas pelas orquídeas também diminui proporcionalmente. Os fungos também se protegem alterando seu metabolismo e parando de produzir enzimas destrutivas, capazes de destruir tecidos e nesse ponto é que parece ocorrer um equilíbrio e uma verdadeira simbiose passa a imperar, onde nenhum organismo é prejudicado e conjuntamente prosperam.
Um entendimento melhor desse processo e a precisa identificação do mecanismo de atuação dessas substâncias poderá apresentar um novo campo para o desenvolvimento de compostos, que estimulem a produção da dehydroxyphenanthrin, fitoalexinas e outros compostos pelas orquídeas, e venha a reduzir as aplicações de defensivos externamente.
É bom mencionar que a crença popular que as orquídeas podem “defender-se” dos ataques de determinadas bactérias e fungos está essencialmente correta, embora bem pouco entendida – anos de cultivo e observações de orquidófilos experientes são confirmadas por vários trabalhos científicos, mas é decepcionante que essas substâncias e mecanismos de defesa, conhecidos de longa data, não tenham sido objeto de pesquisa em mais larga escala. Contudo, durante os últimos 20 a 30 anos, a análise das substâncias secundárias produzidas pelas plantas têm tido um grande avanço, graças ao uso de modernas técnicas analíticas, e já produziram resultados expressivos na elucidação das fórmulas exatas e de muitos importantes caminhos biosintéticos, mas ainda restam muitas dúvidas a responder. (excertos de How can orchids and fungi live together? – Heinrich Beyrle)
Fig. 17 – Fotos
microscópicas das células do velame.
Acima, em baixa resolução, mostra o tecido agregado,
em forma de colméia, com reforços helicoidais. Abaixo,
em alta resolução, detalhes dos reforços das paredes
e poros no tecido – os reforços consistem em celulose.
Fotos
( W. BARTHLOTT, 1976, W. BARTHLOTT, 1984)
Universidade de
Hamburgo
10. Diferentes Fungos na Micorriza
de Diferentes Espécies de Orquídeas
A importância da compreensão dos diversos fungos presentes na micorriza da orquídea é capital. Tanto para o cultivo comercial e amador bem como no que se refere ao preservacionismo – se essas associações não forem esclarecidas, muitas das espécies que tentarem ser preservadas simplesmente não sobreviverão em áreas onde tais fungos não estiverem presentes.
Hoje já é entendido que a biodiversidade de certos habitats é diretamente proporcional à diversidade dos fungos micorríticos. O habitat dos fungos pode determinar o habitat da orquídea – por exemplo, devido ao fato do fungo Rhizoctonia borealis exigir solos ácidos, geralmente sob árvores da família das coníferas, é somente nesses locais que os gêneros europeus Spiranthes gracilis e Goodyera repens são encontrados.
Fig.17 – Beterrabas mostrando podridão nas raízes causadas pelo fungo Rhizoctonia solaris, que no entanto é simbionte e convive com algumas orquídeas.
A própria natureza da simbiose possui aspectos muito específicos – por exemplo, os Cymbidium e os fungos existentes em sua micorriza, ambos necessitam da vitamina tiamina, que é formada pelo tiazol e pela piridina – nessa simbiose específica, o fungo fornece a tiazol e a planta a piridina.
Foto 18 – Uma infestação micorrítica em orquídea com fungos Thelephoroides
(Foto Bruns Lab – Universidade da Califórnia - Berkeley)
Existe um grande volume de trabalhos publicados e sites inteiros dedicados à Microbiologia e à Micorriza, bem como uma enormidade de pesquisas em andamento, mas muito pouco existe especificamente para a Micorriza das Orquídeas, que é uma exceção aos tipos comuns às demais plantas e única em vários aspectos. A maioria dos trabalhos investigativos e descritivos, produzem conclusões interessantes, mas invariavelmente levam a novas dúvidas e questionamentos, que prova a extrema complexidade dessa família e provavelmente responde pelo fascínio que provoca.
O estudo da micorriza em grande parte é dedicado às plantas de solo e culturas e, mais raramente, às orquídeas terrestres - pouquíssimo material existe sobre as epífitas e rupículas – visto que a maioria dessas últimas é quase totalmente constituída por plantas foto-sintéticas, onde a dependência aos fungos é quase supérflua, poucos trabalhos e pesquisas foram dedicados a entender as interações pós-germinação e o papel dos fungos nas orquídeas adultas, epífitas e rupículas.
Duas hipóteses são normalmente debatidas no que se refere à identificação dos tipos de fungos envolvidos na micorriza em orquídeas – uma considera que certos fungos são específicos a cada espécie e a outra é que alguns fungos são comuns a todas as espécies.
A especificidade de determinados fungos tem sido motivo de controvérsia há mais de 50 anos – estudos sobre germinação in vitro indicam uma falta de especificidade, enquanto observações e estudos de campo mostram uma alta especificidade, ou seja, certos fungos específicos associam-se com gêneros e espécies especificamente, diferindo enormemente.
Um dos problemas em solucionar esse impasse, muito importante para o estabelecimento de uma melhor compreensão dos processos da relação fungo/orquídeas, é a dificuldade da identificação precisa de tais fungos, geralmente dos gêneros Rhizoctonia, Epulorrhiza, or Ceratorhiza – por exemplo, os simbiontes do gênero Rhizoctonia, presentes na maioria das micorrizas em orquídeas são difíceis de identificar (e de se reproduzir em cultura), devido a uma ausência de características morfológicas distintas - em suma, são muitos parecidos: a melhoria das técnicas de investigação tem propiciado grandes avanços nesse setor.
Mas nosso entendimento dessas associações complexas é ainda muito limitado, e pode-se dizer que o homem ainda está na infância da pesquisa da micorriza. Nossa ignorância é quase ilimitada se compararmos a vasta diversidade de fungos habitando o solo e presentes nos vegetais – pode-se quase afirmar que o solo é a última fronteira para o conhecimento humano.
Algumas conclusões de estudos apontam a especificidade como uma realidade, e é mais ou menos aceito que as orquídeas não foto-sintéticas, que não produzem clorofila, possuem uma maior dependência de fungos específicos, não se misturando entre espécies e nem mesmo com outros fungos presentes em outras orquídeas no mesmo habitat.
Um exemplo dessas pesquisas e conclusões é o trabalho “Uma Visão da Especificidade na Micorriza das Orquídeas Utilizando Identificação Molecular do Simbionte” , de Taylor, L., e Bruns, T.D., da Universidade da Califórnia, em Berkley, sobre orquídeas terrestres.
Considerando que as associações observadas na natureza são mais reveladoras, os autores escolheram 4 espécies de orquídeas terrestres que compartilhavam os mesmos habitats: Corallorhiza maculata (Rafinesque) Rafinesque, Corallorhiza mertensiana Bongard, Cephalanthera austinae (A. Gray) Heller, and Goodyera oblongifolia Rafinesque.
Durante 6 meses alternados, os pesquisadores tomaram amostras das raízes e rizomas dessas orquídeas e as examinaram para duas teorias que se opõem à idéia de especificidade : a primeira (J.T. Curtis, 1937, 1939) estabelece que determinadas orquídeas dividem as mesmas espécies de fungo mais pela preferência de ambos os organismos pelo mesmo habitat do que pelas características simbiontes de cada um – por essa teoria, uma determinada espécie de orquídea se associaria a fungos diferentes em habitats diferentes. A segunda teoria (Harvais and Hadley, 1967 e Hadley, 1970), conclui que especificidade é baixa em associações micorríticas e aponta para que orquídeas de diferentes espécies, quando vegetando num mesmo habitat, dividiram o mesmo simbionte.
Os autores desenvolveram novas técnicas moleculares para identificação de fungos e chegaram às conclusões abaixo quanto:
Especificidade:
- Fungos ectomicorríticos foram pela primeira vez confirmados em orquídeas não-fotosintéticas, o que abre um maior campo de pesquisas futuras ;
- Foram encontradas associações com diferentes fungos nas espécies de orquídeas estudadas – não foram sempre os mesmo fungos encontrados em cada espécie;
- A maioria das espécies das orquídeas associavam-se a fungos diferentes nos diferentes habitats;
- Raramente foram encontradas associações com tipos múltiplos de fungos na mesma orquídea;
- Não houve superposição nos padrões dos simbiontes nas quatro espécies estudadas, mesmo nas espécies afins das orquídeas;
- Nenhuma das orquídeas de espécies diferentes dividiam simbiontes no mesmo habitat;
Micogeografia:
- Alguns fungos só foram encontrados em altitudes superiores a 2000 m;
- Alguns fungos só foram encontrados vegetado no mesmo local onde existia também determinados tipos de arbustos (no caso os do gênero Quercus , um tipo de carvalho)
- Alguns fungos foram encontrados em todos os habitas pesquisados e outros somente localizados;
Comentários finais e conclusão:
Os resultados do trabalho apóiam a existência de especificidade na micorriza das orquídeas.
A primeira teoria, que as orquídeas se associam a fungos diferentes em habitas diferentes, foi confirmada.
A segunda teoria, de que orquídeas de diferentes espécies compartilhariam os mesmos fungos num habitat foi contrariada pelos estudos nesse trabalho.
O habitat também parece ter impacto na simbiose, visto que os padrões peculiares dos fungos se correlacionam com a geografia, o tipo de floresta e a altitude.
No geral, os resultados reforçaram a teoria da especificidade porque:
1) orquídeas vizinhas jamais dividiam o mesmo fungo
2) quatro espécies de orquídeas não possuíam simbiontes comuns mesmo numa área geográfica extensa
3) Fungos associados a uma orquídea eram relacionados entre eles, mas não aos fungos de outras orquídeas
4) A mudança de hospedeiro parece ser um aspecto importante na evolução da micorriza, já que mesmo espécies de orquídeas similares não dividiam o mesmo fungo
Cada espécie de orquídea estudada possuía um range único de associações micorríticas, com um alto grau de especificidade. Esta especificidade não é simplesmente a correlação entre uma orquídea e um ou vários fungos – não havia padrão que relacionasse um certo grupo de fungos a uma orquídea, mesmo nos locais onde várias espécies de orquídeas viviam conjunto e onde vários fungos seriam capazes de se associar com as orquídeas, essas elegiam associar-se somente a determinados fungos em detrimento de outros.
O trabalho completo pode ser visto em http://plantbio.berkeley.edu/~bruns/text/poster.html
11. Ocorrência de Fungos Não
Micorríticos
em Orquídeas Epífitas
Muitos dos estudos sobre o tema possuem orquídeas européias e de zonas temperadas, bem como excelentes trabalhos sobre as orquídeas da Oceania, mas talvez a pesquisa mais interessante para o tipo de orquídeas que geralmente cultivamos, tropicais e semi-tropicais, seja o trabalho especificamente executado na Universidade de Porto Rico (“ Variação em Fungos Endofíticos das Raízes e Folhas das Lepanthes (Orchidaceae)” – por Paul Bayman, Ligia L. Lebrón, Raymond L. Trembaly e D. Jean Lodge). Embora não visasse fungos micorríticos, cabe a menção nessas notas.
O estudo foi conduzido em orquídeas do gênero Lepanthes, e é muito interessante e diferenciado por algumas razões: mais de um exemplar de cada espécie foi coletado (que embora não pareça, é raro nesse tipo de pesquisa), muitas das orquídeas do estudo são epífitas e rupículas (o que é bastante raro, já que praticamente todas as pesquisas concentram-se em orquídeas terrestres ) e o trabalho visou os fungos endófitos não-micorríticos (o que é mais raro ainda, pois geralmente somente considera-se a micorriza).
Foram utilizadas sete espécies de orquídeas do gênero Lepanthes, que são da família Pleurothallidae, gênero esse com umas 700 espécies, muitas das quais já foram transferidas para outros gêneros, e com distribuição nas Antilhas e do México à Bolívia, com raras ocorrências no Brasil (Lepanthes brasiliensis Pabst e Lepanthes helicocephala Reich.f.). Como curiosidade, essas orquídeas possuem um labelo tão complicado que foi necessário inventar novos termos para descrevê-los.
As espécies presentes no estudo foram Lepanthes rupestris Stimson, Lths. woodburyana Stimson, Lths.. sanguinea Hooker, Lths. dodiana Stimson, Lths. veleziana Stimson, Lths. selenitepala Rchb.f., e Lths. caritensis Tremblay & Ackerman.
Nesse trabalho a acepção do termo “fungos endófitos” inclui todos os organismos que vivem no interior dos tecidos das orquídeas e foram encontrados principalmente os fungos das espécies Xylaria (em 19% das folhas e 29% das raízes) e Rhizoctonia ( 31% das folhas e 45% das raízes) em associação não-micorríticas – os fungos estavam presentes nos tecidos.
Os resultados principais do trabalho foram interessantes, e levantaram mais alguns pontos relevantes.
As infecções de múltiplos fungos em plantas individuais foram comuns – em uma única planta 4 espécies de Xylaria foram encontradas. Xylaria e fungos do tipo Rhizoctonia foram freqüentemente encontrados na mesma porção de folha ou raiz analisadas.
A diferença não foi significativa entre a ocorrência em raízes e folhas de fungos tipo Rhizoctonia, que é considerado um fungo micorrítico simbionte e patogênico das raízes e os do tipo Xylaria, geralmente reportado como endofitico – essa similaridade de ocorrência entre tais fungos, de hábitos distintos, e encontrados como endofíticos, talvez possa ser devido ao hábito epífito e rupícula das orquídeas estudadas, onde raízes e folhas são expostos ao mesmo ambiente. Em orquídeas terrestres, as diferenças ambientais podem contribuir para as diferenças entre os órgãos da flora endofítica.
Em estudos anteriores, fungos micorríticos e endófitos raramente foram reportados em mais de uma raiz por planta – os dados desse trabalho sugerem que no meio científico subestima-se grandemente a diversidade fúngica benéfica nas orquídeas.
Em oito ocasiões fungos Xylaria e Rhizoctonia foram isolados em pequenas porções de raiz ou folha – tal ocorrência é rara, pois uma realidade aceita sobre atividade fúngica nas orquídeas é que a presença de um fungo geralmente inibe a presença de outro. O comportamento de um fungo é alterado em presença de outro fungo – quando há o encontro, os fungos alteram seu comportamento e passam a metabolizar substâncias secundárias para se proteger e evitar uma possível eliminação por competição no local.
Também deve ser notado que, estudos conduzidos em outras plantas, especialmente gramíneas, mostraram claramente que plantas que possuíam infestações de fungos endofíticos tiveram nível menores de doenças nas folhas do que plantas onde os fungos endofíticos não estavam presentes (Clay, 1991).
Este é outro aspecto a considerar em nossos cultivos, onde nem sempre todos os fungos são patógenos e manchas nas folhas não devem provocar uma imediata aplicação de defensivos.
Fig. 19 –Magnífica foto microscópica do fungo causador da ferrugem das folhas das orquídeas
Foto de Tina (Weatherby) Carvalho –MicroAngela - Universidade do Havaí
(www.pbrc.hawaii.edu/bemf/microangela/rust.htm )
Mas qual seria a importância do trabalho acima sobre a biologia das orquídeas ?
Com ele ficou determinado um dado importante: muitas das Lepanthes estudadas possuíam pequenas populações e algumas estão em vias de extinção. É uma grande possibilidade que a disponibilidade de fungos endofíticos é um dos fatores limitantes do estabelecimento de novas plantas e populações.
Esse trabalho confirmou que reintrodução dessas espécies em novos habitats somente deve ser tentada em áreas onde a presenças dos fungos mencionados estiverem presentes.
O texto completo pode ser visto em http://www.fpl.fs.fed.us/documnts/PDF1997/bayma97a.pdf
Fig. 20 – Outra foto microscópica de uma raiz de uma orquídea epífita
Foto Alison Roberts – Universidade de Rhode Island
12. Estágio Atual de Técnicas de Inoculação
de Culturas com Micorriza e seu Futuro
Algumas firmas estão se especializando em venda de produtos para inoculação de fungos em culturas de várias espécies de plantas e algumas já praticam culturas em estufas com inoculação – este tipo de procedimento é mais comum nos cultivadores de bonsais.
O repovoamento de áreas degradadas com espécies de plantas nativas muitas vezes não apresenta bons resultados, e muito do insucesso é devido a ausência de fungos no ambiente onde tal reintrodução ocorre.
Projetos de repovoamento quando utilizadas orquídeas esbarram em problemas semelhantes, com mortalidade elevada de plantas germinadas no local e mortalidade ainda maior quando seedlings são transplantados. Algumas tentativas já estão em curso, mas embora não haja muitos dados sobre a eficácia do seu o uso em orquídeas, pela especificidade do tipo de micorriza, parece ser uma tendência futura definitiva, quando os mecanismos da micorriza forem melhor compreendidos.
Se algumas da lições da inoculação de fungos em culturas em plantas de solo puder ser futuramente utilizada em orquídeas, grandes mudanças no cultivo devem ser esperadas, como:
- um estudo detalhado do meio de cultura e sua higienização antes da introdução dos fungos, monitoração do crescimento e cuidados especiais na luminosidade
- dosagens controladas de adubação, pois o excesso pode prevenir o sucesso da inoculação dos fungos
- tratamentos com fungicidas bem controlados, pois podem matar os fungos da micorriza como os fungos patogênicos
- controle das regas, pois o excesso é prejudicial às plantas e aos fungos
Mas, no fundo, o que a micorriza efetivamente pode fazer por uma planta?
Apesar de muitos benefícios conhecidos e listados, talvez a mais importante vantagem das plantas com micorriza sobre as não-micorríticas seja a absorção de nutrientes do substrato: estudos mostram o crescimento de 20, 30 ou mesmo 60 vezes maior das plantas com micorriza comparadas com as não-micorríticas. – os fungos envolvidos na micorriza aumentam extraordinariamente a área de absorção das raízes. E esse ganho no crescimento é apenas o benefício mais visível.
Outra vantagem é pelo aumento da absorção de nutrientes (e notadamente o fósforo), que faz com que as plantas sejam mais resistentes ao estresse hídrico – essa absorção via micorriza é extraordinariamente mais eficiente em plantas cujas raízes, como as orquídeas, não possuem raízes secundárias, ou pelos nas raízes.
E finalmente outro grande benefício é que normalmente a micorriza favorece a presença de bactérias benéficas nas zonas próximas às raízes – tais bactérias são provavelmente responsáveis por muitos dos efeitos protetivos da micorriza. Alguns pesquisadores até acreditam que as bactérias possuem efeito mais importante no crescimento das raízes do que a própria micorriza e ajudam a proteger a planta de doenças nas raízes. A presença e efeitos das bactérias em raízes micorríticas praticamente não tem sido investigada e é uma interessante área para estudos futuros.
Mas a pergunta que fica é se a micorriza induzida funciona bem em cultivos em estufas – a resposta ainda é dúbia: depende do que se espera de tal processo.
Plantas de crescimento lento, como as orquídeas, não irão ter uma melhoria espetacular em pouco tempo – é uma regra sobre os estimuladores biológicos de crescimento, que pode-se duplicar ou exceder a resposta de crescimento de uma planta por meio químicos, mas não se pode facilmente reproduzir a combinação de benefícios da simbiose.
Um dos maiores desafios de cultivo em estufas que se dedicam a micorriza induzida é o controle de qualidade e custos pelo trabalho altamente especializado – no estágio atual, os cultivadores profissionais fatalmente irão ter mais problemas que benefícios com a micorriza, a menos que o principal objetivo seja a o desenvolvimento das plantas após saírem de suas estufas.
Mas se tais plantas destinarem-se a projetos preservacionistas e para repovoamento, onde as plantas têm que ficar por sua conta e risco nos novos habitats, sem acompanhamento, a inoculação da micorriza talvez seja a única (e talvez a mais barata em termos de custo benefício) alternativa que levará a um maior índice de sobrevivência, maior taxa de crescimento e abertura do leque de diversidade das espécies disponíveis para repovoamento. (excertos dum artigo de Ted St. John, Ph.D, da Tree of Life Nursery, em San Juan Capistrano, California).
Muitas são as possibilidades decorrentes da micorriza, mas o processo está longe de ser completamente desvendado, mas as possibilidades são quase ilimitadas e seu estudo fascinante. Mesmos leigos como nós, ficam abismados e absolutamente encantados com a complexidade, profundidade e beleza de mais um dos aspectos ocultos das orquídeas e sua biologia, que cada dia nos encanta e desafia mais.
Reportagem do nosso amigo da Lista de Discussão de Orquídeas
Ricardo Cruz/ Macaé/ RJ
E-mail.: elf_brasco@uol.com.br
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