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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2011.tde-10022011-171157
Document
Author
Full name
Leandro José Dallagnol
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2010
Supervisor
Committee
Camargo, Luis Eduardo Aranha (President)
Amorim, Lilian
Harakava, Ricardo
Pascholati, Sergio Florentino
Rodrigues, Fabrício de Ávila
Title in Portuguese
Epidemiologia e bioquímica do controle do oídio do meloeiro por silício
Keywords in Portuguese
Doenças de plantas
Fungos fitopatogênicos
Mecanismos de defesa
Melão
Oídio
Resistência genética vegetal
Silício.
Abstract in Portuguese
Embora não seja reconhecido como um nutriente essencial, o silício (Si) reduz a severidade de oídios em diversas espécies vegetais quando acumulado na parte aérea. Contudo, apesar deste efeito benéfico ser amplamente relatado na literatura, ainda pouco se sabe dos mecanismos envolvidos. Este estudo avaliou o efeito das aplicações foliar e radicular de silicato de potássio, uma importante fonte de Si solúvel, na severidade de oídio e na indução de mecanismos de defesa pós-infecção em meloeiro. Os efeitos na doença foram avaliados em plantas inoculadas artificialmente ou naturalmente mantidas em casa de vegetação através da mensuração da dinâmica da epidemia e de seus componentes. Os resultados indicaram que tanto aplicações foliares como radiculares de silicato de potássio reduziram a área abaixo da curva de progresso da doença em 65% e 73%, respectivamente, comparadas ao tratamento controle sem aplicação. Tal redução foi resultado da alteração dos seguintes componentes epidemiológicos: eficiência de infecção, taxa de expansão da colônia, área da colônia, produção de conídios por área colonizada e taxa de progresso da epidemia. Contudo, a aplicação radicular foi mais eficiente que a foliar em atrasar o início da epidemia e em reduzir todos os componentes epidemiológicos, exceto a eficiência de infecção. A maior eficiência do silicato de potássio quando aplicado via raiz decorreu da maior concentração foliar do Si, a qual induziu uma antecipação (efeito priming) e um aumento da intensidade de expressão de mecanismos de defesa, fenômenos que não foram detectados no tratamento foliar. A aplicação radicular resultou na alteração de enzimas envolvidas na produção e catabolismo de espécies reativas de oxigênio, onde foi verificado aumento na atividade das enzimas superóxido dismutases e redução na atividade das enzimas catalases, principalmente nas primeiras 96 horas após a inoculação. O efeito priming também foi observado para as enzimas peroxidases, 1,3(4)-glucanases e quitinases e para o acúmulo de compostos fenólicos. Neste tratamento também ocorreu aumento na concentração de lignina em resposta à inoculação, contudo a concentração de malondialdeído foi reduzida, indicando que o Si aplicado nesta forma aliviou o estresse oxidativo sobre os lipídeos das membranas celulares da planta. Por outro lado, quando o silicato de potássio foi aplicado via foliar apenas a deposição de lignina aumentou comparado ao tratamento controle. Assim, depreende-se que os mecanismos de atuação do Si no controle da doença quando aplicado nesta forma, são distintos e envolvem, segundo a literatura, a formação de uma barreira físicoquímica sobre a cutícula resultado da polimerização do silicato de potássio. Tomados em conjunto, os resultados deste estudo evidenciaram que o Si tem papel ativo na modulação do sistema de defesa da planta, mas que sua efetividade depende de sua presença na forma solúvel no interior da planta, obtido por meio de sua absorção via raiz. Não obstante, os efeitos do silicato de potássio aqui relatados permitem concluir que a incorporação do produto a um sistema de manejo integrado, principalmente se fornecido via sistema radicular, terá efeitos positivos tanto na redução da epidemia de oídio como no meio ambiente, neste caso em função da redução no uso de fungicidas.
Title in English
Epidemiology and biochemistry of powdery mildew control on melon by silicon
Keywords in English
Cucumis melo
Defense mechanisms
Epidemic components
Induced resistance
Podosphaera xanthii
Potassium silicate.
Abstract in English
Silicon (Si) is not considered an essential nutrient of plants, but when it accumulates in the shoots it reduces powdery mildew severity on several species. However, despite this beneficial effect being widely reported in the literature, the mechanisms involved are still little understood. In this study, the effects of both foliar and root applications of potassium silicate, an important soluble source of Si, on the severity of powdery mildew and on the induction of postinfection defense mechanisms of melon were evaluated. Treatment effects were assessed by measuring the epidemics dynamic and its components in both artificially and naturally inoculated plants kept in the greenhouse. Results showed that the area under the disease progress curve was reduced by 65% and 73%, respectively by foliar and root application of potassium silicate, compared to control plants that were not supplied with potassium silicate. This effect accrued from the reduction of the infection efficiency, colony expansion rate, colony area, conidia production per colonized area and the epidemic progress rate. However, root application was more effective than foliar application on both delaying the onset of the epidemic and reducing most epidemic components, except for the infection efficiency. The greater efficiency of potassium silicate in controlling the disease when supplied via roots by irrigation correlated with higher foliar concentrations of Si which induced both a priming effect and increased expression of key defense responses. These phenomena, however, were not observed when potassium silicate was sprayed on leaves. Root supply of Si altered the activity of enzymes involved in the production and catabolism of reactive oxygen species, resulting in the increased activity of superoxide dismutase and reduced activity of catalases mainly in the first 96 hours after inoculation. Root application also primed the activity of peroxidases, 1,3(4)-glucanases, chitinases and the accumulation of phenolic compounds. Lignin concentration also increased in response to inoculation while the concentration of malondialdeide reduced indicating that Si decreased the oxidation of lipids of the plant cell membranes. In contrast, when Si was sprayed on the leaves, only an increase in lignin deposition was observed compared to the control treatment. Thus, it appears that the mechanisms of powdery mildew control in this case are distinct and, according to literature data, could include the formation of a physical-chemical barrier on the cuticle as the result of potassium silicate polymerization. Taken together, the results showed that Si plays an active role in modulating the host defense system, but only when present in the soluble form inside the plant which can be achieved by root uptake. Nevertheless, the effects of potassium silicate reported here allowed concluding that the inclusion of this compound in an integrated management system, mainly if supplied via roots, will render positive effects both on reducing the disease in melon plants and on the environment, in this case through reducing the use of fungicides.
 
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Publishing Date
2011-02-16
 
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  • DALLAGNOL, L. J., et al. Effect of potassium silicate on epidemic components of powdery mildew on melon : Control of melon powdery mildew with Si [doi:10.1111/j.1365-3059.2011.02518.x]. Plant Pathology [online], 2011, p. no.
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