Use of Metarhizium spp. in the production of pre-sprouted seedlings of sugarcane and its effects on plant, pests and diseases

Os fungos do gênero Metarhizium são entomopatogênicos e ainda apresentam relações endofíticas e podem viver saprofiticamente no solo. A associação desses microrganismos com insetos é bem conhecida, mas as interações diretas com as plantas ainda são incipientes. Objetivou-se com este estudo, determinar a capacidade de colonização endofítica em raízes de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) de M. robertsii, M. anisopliae e três linhagens brasileiras recém-descobertas, bem como revelar o potencial destes fungos como antagonistas a dois fungos fitopatogênicos responsáveis pela podridão-vermelha (Fusarium moniliforme e Colletotrichum falcatum) e no controle de duas importantes pragas, a broca da cana-de-açúcar, Diatraea saccharalis e o nematóide-das-galhas, Meloidogyne javanica. Foram utilizados 24 isolados de Metarhizium spp. nos experimentos de promoção de crescimento de plantas após a inoculação em gemas de cana-de-açúcar em condições de casa-de-vegetação e campo. O efeito da inoculação do fungo em mudas de cana-de-açúcar foi investigado quanto a mortalidade e redução no desenvolvimento de D. saccharalis e redução nas populações de M. javanica. Experimentos de inibição in vitro em cultivo pareado foram conduzidos com os fungos F. moniliforme e C. falcatum e Trichoderma harzianum. Além disto, foram realizados testes qualitativos \"in vitro\" para avaliar a capacidade desses fungos em produzir β-1,3-Glucanase e Sideróforos. A inoculação de Metarhizium de todas as espécies testadas promoveu o crescimento de parte aérea, peso úmido e seco de raízes em relação ao controle (água). Enquanto o tratamento de gemas rotineiramente usado na usina onde se realizou a produção de mudas pré-brotadas com aplicação do fungicida Comet® + o fertilizante Biozyme TF resultou em pegamento de 32% e 59,6%, apenas com o uso de isolados de Metarhizium spp. estes valores foram de até 50% e 86,4%, nos dois experimentos em campo, respectivamente. As mortalidades observadas em lagartas de D. saccharalis que se alimentaram das plantas inoculadas com isolados de Metarhizium spp. atingiram valores de até 80%, sendo a mortalidade confirmada pela esporulação do fungo de até 55%. As lagartas sobreviventes apresentaram menor peso do que aquelas do controle não tratado. A inoculação de Metarhizium spp. em mudas de cana-de-açúcar conferiu proteção a M. javanica, resultando em uma densidade de massa de ovos por grama de raiz nas mudas inoculadas com o fungo até 59,8% menor no primeiro experimento e 64,1% menor no segundo em relação as mudas sem inoculação. Os ensaios de antagonismo mostraram que, todos os isolados de Metarhizium spp. apresentaram alguma forma de inibição tanto para F. moniliforme como para C. falcatum. Dos 24 isolados testados, 20,8% produziram a enzima hidrolítica, β-1,3-glucanase, o que pode estar associado a capacidade de inibição dos fungos fitopatogênicos. Constatou-se que 8 (33,3%) dos isolados produziram sideróforos e sugere que esses fungos apresentam mecanismos de disponibilização do ferro. O conhecimento gerado com este estudo poderá subsidiar novas estratégias de utilização de Metarhizium spp. em campo na produção de MPB de cana-de-açúcar.The fungi of the genus Metarhizium are entomopathogenic and still have endophytic relations and can live in the soil as saprophytes. The association of these microorganisms with insects is well known, but the direct interactions with the plants are still incipient. The objective of this study was to determine the endophytic colonization capacity in sugarcane roots (Saccharum spp.) of M. robertsii, M. anisopliae and three new Brazilian lineages and to reveal the potential of these fungi as antagonists to two pathogenic fungi responsible for red rot (Fusarium moniliforme and Colletotrichum falcatum) and in control of two major pests, the sugarcane borer, Diatraea saccharalis and nematode, Meloidogyne javanica. Twenty four isolates of Metarhizium spp. were used in plant growth promoting experiments after inoculation in sugarcane plantings in greenhouse and field. The effect of fungal inoculation of sugarcane seedlings was investigated on mortality and development of D. saccharalis, and populations reduction of M. javanica. Inhibition experiments were conducted by in vitro cocultivation with the fungi F. moniliforme and C. falcatum and Trichoderma harzianum. Moreover, qualitative tests were carried out \"in vitro\" for evaluating the capacity of fungi to produce beta-1,3-glucanase and Siderophores. The inoculation of Metarhizium of all species tested promoted the shoot growth, wet and dry root weight compared to control (water). While chemical treatment of seedlings routinely used in sugarcane mills with fungicide application COMET® and fertilizer (Biozyme TF) resulted in 32% and 59.6% efficacy, only with the use of Metarhizium spp. these values were 50% and 86.4%, in both experiments in the field, respectively. Mortalities observed in caterpillars of D. saccharalis that fed the plants inoculated with isolates of Metarhizium spp. reached values of 80%, with the rate of confirmed mortality up to 55%. Caterpillars survivors had lower weight than the untreated control. The inoculation of Metarhizium spp. in sugarcane seedlings conferred protection to M. javanica, resulting in density of egg mass per gram of root in seedlings inoculated with the fungus 59.8% lower in the first experiment and 64.1% lower in the second compared to the seedlings without inoculation. Antagonism assays showed that all isolates of Metarhizium spp. had somehow inhibiting both F. moniliforme and C. falcatum. Among the 24 isolates tested, 20.8% produced the hydrolytic enzyme beta-1,3-glucanase, which may be associated with the ability of inhibiting the phytopathogenic fungi. It was found that eight (33.3%) isolates produced siderophores and suggests that these fungi have iron delivery mechanisms. The knowledge generated by this study may help new strategies for use of Metarhizium spp. on field to produces sugarcane seedlings