Bacillus pumilus: biológico para agricultura sustentável

Publicado em por

As doenças de plantas representam um dos maiores desafios da agricultura moderna, causando perdas devastadoras que afetam tanto a produtividade quanto a qualidade das colheitas. Mais de 15% dos cultivos desprotegidos são perdidos devido a patógenos, sendo que mais de 70% desses inimigos invisíveis são fungos.

Por décadas, a agricultura convencional dependeu massivamente de fungicidas químicos para combater essas ameaças, com um consumo anual que ultrapassa um milhão de toneladas. Porém, além dos altos custos, esses produtos deixam resíduos nocivos, favorecem o desenvolvimento de resistência e causam sérios impactos ambientais.

A Era dos Microrganismos Benéficos

Neste cenário de mudanças climáticas e busca por práticas mais sustentáveis, surge uma alternativa revolucionária: as bactérias promotoras de crescimento de plantas (PGPB). Esses microorganismos benéficos habitam naturalmente a rizosfera – a região do solo ao redor das raízes – e em alguns casos, os próprios tecidos internos das plantas.

Entre os representantes mais promissores desta categoria está o gênero Bacillus, composto por bactérias Gram-positivas, formadoras de esporos e extremamente resistentes a condições adversas como seca, radiação e baixas temperaturas.

Conhecendo o Bacillus pumilus

Bacillus pumilus é uma espécie do filo Firmicutes, reconhecida por sua extraordinária capacidade de formar esporos duráveis e sobreviver em ambientes extremos. Essa característica única facilita sua formulação em produtos comerciais, pois os esporos permanecem viáveis por longos períodos e toleram armazenamento e transporte sem perder eficácia.

Esta versatilidade é impressionante: a espécie habita desde águas marinhas e sedimentos de águas profundas até solos agrícolas. Estudos identificaram linhagens promissoras como LZP02, JPVS11, TUAT-1 e TRS-3, capazes de sintetizar fitohormônios e outras substâncias benéficas que influenciam diretamente o crescimento das plantas.

Mecanismos de Ação Diretos

B. pumilus produz auxinas, citocininas e giberelinas – hormônios essenciais para o desenvolvimento vegetal. Algumas linhagens também sintetizam a enzima ACC desaminase, que reduz a produção de etileno e atenua o estresse nas plantas. Há ainda evidências de que a espécie fixa nitrogênio atmosférico, aumentando significativamente a disponibilidade deste nutriente crucial nos sistemas de cultivo.

Como o Microrganismo Combate Fitopatógenos

1. Enzimas Hidrolíticas: As Armas Moleculares

Uma das principais estratégias de B. pumilus contra fungos patogênicos é a produção de enzimas hidrolíticas – chitinases, glucanases, celulases e proteases. Essas poderosas moléculas são capazes de degradar os componentes da parede celular fúngica, rompendo estruturas de quitina, glucanos e proteínas.

Linhagens como HR10, PTB180 e SS-10.7 apresentam atividade hidrolítica significativa e demonstraram capacidade de suprimir patógenos devastadores como:

  • Fusarium solani
  • Fusarium oxysporum
  • Sclerotinia sclerotiorum
  • Rhizoctonia solani

O diferencial está na robustez: linhagens como MCB-7 e RST25 produzem chitinase ativa mesmo sob condições de alta salinidade e temperatura, demonstrando estabilidade excepcional para uso comercial.

2. Lipopeptídeos e Compostos Voláteis

Além das enzimas, B. pumilus produz lipopeptídeos como surfactina e compostos orgânicos voláteis (VOCs) que contribuem ativamente para a supressão de doenças. Os VOCs são moléculas de baixo peso molecular capazes de evaporar e difundir-se no solo e no ar, interferindo diretamente no desenvolvimento de fungos patogênicos.

Compostos como 2-metilbutanol, cariofileno, dimetil dissulfeto e acetoin estão entre os principais VOCs com atividade antifúngica documentada.

3. Resistência Sistêmica Induzida (ISR)

Um dos mecanismos mais fascinantes é a capacidade de B. pumilus desencadear resistência sistêmica induzida (ISR) nas plantas. Este processo ocorre quando moléculas sinalizadoras produzidas pela bactéria ativam o sistema de defesa da planta, preparando-a para reagir mais rapidamente contra futuros ataques de patógenos.

Lipopeptídeos como surfactina desempenham papel-chave neste processo, fortalecendo as defesas naturais das plantas e reduzindo drasticamente a necessidade de fungicidas sintéticos.

Promoção do Crescimento e Absorção de Nutrientes

Os benefícios de B. pumilus vão muito além do biocontrole. Linhagens como LZP02 demonstraram aumentar significativamente o comprimento e área das raízes, número de nós, pontas e ramificações, bem como o teor de clorofila.

Resultados Impressionantes em Campo

A inoculação da linhagem LZP02 em arroz resultou em maiores teores de nitrogênio, fósforo, cálcio e magnésio nas raízes, indicando melhoria substancial na absorção de nutrientes. Os benefícios foram observados em diversas culturas:

  • Arroz: aumento do desenvolvimento radicular em mudas de 21 dias
  • Chá-da-índia: maior altura e número de folhas
  • Lentilhas e azevém: aumento de biomassa e conteúdo de nitrogênio e fósforo
  • Trigo, soja e amendoim: incrementos na altura e massa aérea

Tolerância a Estresses Abióticos

Em um cenário de clima instável e salinidade crescente dos solos irrigados, B. pumilus demonstra capacidade excepcional de melhorar o desempenho das culturas sob estresses abióticos.

Inoculações com linhagens JPVS11 e LZP02 em arroz sob diferentes níveis de salinidade (0 a 300 mM de NaCl) resultaram em maior altura, comprimento da raiz e biomassa fresca. Em milho cultivado sob contaminação por cádmio, a inoculação aumentou significativamente a percentagem de germinação e o desenvolvimento das plantas.

Mecanismos de Proteção

A bactéria aumenta a atividade de enzimas antioxidantes como peroxidases, catalases, superóxido dismutase e glutationa redutase, que protegem as células vegetais contra espécies reativas de oxigênio geradas em situações adversas.

Aplicações Práticas e Recomendações

O espectro de culturas beneficiadas por B. pumilus é impressionantemente amplo, incluindo:

  • Cereais: arroz, trigo, milho
  • Legumes: lentilha, soja
  • Hortaliças: alface, tomate, espinafre
  • Frutíferas, plantas ornamentais e espécies florestais

Dicas para Produtores

Para agricultores interessados em incorporar esta tecnologia:

  1. Escolha linhagens registradas: Verifique aprovação pelos órgãos reguladores e indicação para suas culturas específicas
  2. Compatibilidade: B. pumilus complementa fertilizantes nitrogenados e fosfatados
  3. Condições ambientais: Aplique quando temperatura e umidade estiverem favoráveis
  4. Monitoramento: Acompanhe o desenvolvimento das plantas e saúde do solo

O Futuro da Agricultura Sustentável

Bacillus pumilus representa uma convergência perfeita entre eficácia agronômica e sustentabilidade ambiental. Como PGPB, produz fitohormônios, solubiliza nutrientes e fixa nitrogênio. Como agente de biocontrole, oferece proteção natural contra patógenos devastadores.

Para agricultores brasileiros em busca de soluções inovadoras, B. pumilus oferece uma alternativa completamente alinhada às tendências de biológicos na agricultura moderna. Ao contribuir para a redução de fungicidas e fertilizantes químicos, melhorar a saúde do solo e aumentar a resiliência das culturas, essa bactéria microscópica está ajudando a construir uma agricultura mais sustentável, produtiva e ambientalmente responsável.

A revolução está acontecendo no nível microscópico, e B. pumilus está na linha de frente desta transformação que promete redefinir o futuro da agricultura global.

Nesse contexto desponta o uso de microrganismos benéficos, conhecidos como bactérias promotoras de crescimento de plantas (PGPB). Esses micróbios habitam naturalmente a rizosfera — a região do solo em torno das raízes — e, em alguns casos, tecidos internos das plantas (endófitos), onde são mais abundantes que no solo a céu aberto. Diferentes espécies bacterianas promovem o crescimento vegetal por mecanismos diretos, como fixação biológica de nitrogênio, produção de fitohormônios (auxinas, citocininas e giberelinas) e solubilização de nutrientes, ou indiretos, como a produção de antibióticos, lipopeptídeos e enzimas hidrolíticas que degradam patógenos. Entre os representantes mais estudados está o gênero Bacillus, cujos membros são bactérias Gram‑positivas, formadoras de esporos e resistentes a condições adversas, como seca, radiação e baixas temperaturas.

O que é Bacillus pumilus?

Bacillus pumilus é uma espécie de bactéria do filo Firmicutes, reconhecida pela capacidade de formar esporos duráveis e sobreviver em ambientes extremos. Essa característica facilita sua formulação em produtos comerciais, pois os esporos permanecem viáveis por longo período e toleram armazenamento e transporte. A espécie habita diversos ecossistemas — desde água marinha e sedimentos de águas profundas até solos agrícolas. Estudos descrevem várias linhagens promissoras, como LZP02, JPVS11, TUAT‑1 e TRS‑3, capazes de sintetizar fitohormônios e outras substâncias benéficas que influenciam diretamente características de crescimento, composição química e sistemas antioxidantes das plantas. Por ser classificada como PGPB, B. pumilus exerce efeitos benéficos tanto por vias diretas como indiretas.

Além de produzir auxinas, citocininas e giberelinas, algumas linhagens sintetizam a enzima 1‑aminociclopropano‑1‑carboxilato desaminase (ACC desaminase), que reduz a produção de etileno e atenua o estresse em plantas. Há evidências de que a espécie fixa nitrogênio atmosférico, aumentando a disponibilidade desse nutriente nos sistemas de cultivo. Esse conjunto de características coloca B. pumilus entre os microrganismos mais promissores para o desenvolvimento de biofertilizantes e produtos de controle biológico.

Como o microrganismo combate fitopatógenos

Enzimas hidrolíticas

Uma das armas de B. pumilus contra fungos é a produção de enzimas hidrolíticas — chitinases, glucanases, celulases e proteases — capazes de degradar os componentes da parede celular fúngica. Essas enzimas rompem a estrutura de quitina, glucanos e proteínas, levando à morte do patógeno ou enfraquecendo-o para que a planta possa reagir. O artigo de Dobrzyński et al. (2023) destaca que linhagens como HR10, PTB180 e SS‑10.7 apresentam atividade hidrolítica significativa e são capazes de suprimir patógenos como Fusarium solani, Fusarium oxysporum, Sclerotinia sclerotiorum e Rhizoctonia solani. Outras linhagens, como MCB‑7 e RST25, produziram chitinase ativa mesmo sob condições de alta salinidade e temperatura, demonstrando estabilidade e potencial de uso comercial.

Essas enzimas não são exclusivas de B. pumilus. Outras bactérias — Aeromonas, Azospirillum, Serratia, Streptomyces — e fungos como Trichoderma também as produzem. Contudo, as linhagens de B. pumilus mostram capacidade de síntese dessas enzimas sob diferentes condições ambientais, fazendo desse microrganismo um candidato robusto para aplicações no campo. Estudos demonstraram que enzimas purificadas de B. pumilus inibem o crescimento de patógenos como Fusarium oxysporum e Aspergillus niger in vitro, além de reduzir infecções de sementes de trigo.

Lipopeptídeos antimicrobianos e compostos voláteis

Além das enzimas, B. pumilus produz lipopeptídeos, como surfactina, e compostos orgânicos voláteis (VOCs) que contribuem para a supressão de doenças. Os VOCs são moléculas de baixo peso molecular capazes de evaporar e difundir‑se no solo e no ar, interferindo no desenvolvimento de fungos patogênicos. Compostos como 2‑metilbutanol, cariofileno, dimetil dissulfeto e acetoin estão entre os principais VOCs com atividade antifúngica. A eficácia depende da composição do meio, condições de cultivo e estado fisiológico da bactéria, mas estudos documentam que lipopeptídeos e VOCs de Bacillus podem reduzir a podridão pós‑colheita de frutas cítricas e a murcha de plantas causadas por Rhizoctonia solani.

Resistência Sistêmica Induzida (ISR)

Muitas linhagens de B. pumilus também desencadeiam resistência sistêmica induzida (ISR) nas plantas. A ISR ocorre quando moléculas sinalizadoras produzidas por microrganismos ativam o sistema de defesa da planta, preparando‑a para reagir mais rapidamente contra patógenos futuros. Embora o mecanismo exato ainda não esteja totalmente elucidado, há evidências de que lipopeptídeos como surfactina desempenham papel-chave. Estudos com Bacillus amyloliquefaciens mostraram acúmulo de surfactina nas raízes após a inoculação, e resultados semelhantes são esperados para B. pumilus. A perspectiva é que o fortalecimento das defesas reduza a necessidade de fungicidas sintéticos, diminuindo custos e impactos ambientais.

Promoção do crescimento radicular e absorção de nutrientes

Além do biocontrole, B. pumilus se destaca por promover o crescimento de plantas e melhorar a eficiência de fertilização. Linhagens como LZP02 demonstraram aumentar o comprimento e a área das raízes, o número de nós, pontas e ramificações, bem como o teor de clorofila. A inoculação dessa linhagem em arroz resultou em maiores teores de nitrogênio, fósforo, cálcio e magnésio nas raízes, indicando melhora na absorção de nutrientes.

Estudos em condições controladas e de campo confirmam os benefícios em diferentes culturas. A aplicação de B. pumilus JPVS11 em mudas de arroz aumentou o desenvolvimento radicular e a absorção de nutrientes em plântulas de 21 dias. Plantas de Alnus glutinosa (aveleira-preta) apresentaram crescimento radicular superior em solos inoculados. Em chá-da-índia (Camellia sinensis), a inoculação resultou em maior altura e número de folhas. Em lentilhas e azevém, observou-se aumento de biomassa e de conteúdo de nitrogênio e fósforo. As melhorias não se restringem às raízes: aumentos na altura e massa aérea foram registrados em trigo, soja e amendoim.

Os mecanismos que explicam essa promoção de crescimento incluem a produção de fitohormônios (auxinas, giberelinas e citocininas), a fixação biológica de nitrogênio e a solubilização de fósforo. B. pumilus TRS‑3, isolada da rizosfera de chá, produz indol acético (IAA), sideróforos (moléculas que quelam ferro) e solubiliza fosfato. A linhagem JPVS11 sintetiza ACC desaminase, diminuindo o etileno e favorecendo o crescimento radicular. Há ainda relatos de fixação de nitrogênio e aumento da disponibilidade de amônio para as plantas.

Tolerância a estresses abióticos

O clima instável e a salinidade crescente de solos irrigados são desafios para a agricultura. B. pumilus demonstra capacidade de melhorar o desempenho das culturas sob estresses abióticos. Inoculações com linhagens JPVS11 e LZP02 em arroz sob diferentes níveis de salinidade (0 a 300 mM de NaCl) resultaram em maior altura, comprimento da raiz e biomassa fresca. Em milho cultivado sob contaminação por cádmio, a inoculação aumentou a percentagem de germinação, comprimento de raiz e parte aérea e peso fresco. Esses resultados sugerem que o microrganismo ajuda a mitigar os efeitos tóxicos dos sais e de metais pesados.

Há relatos de que B. pumilus pode melhorar a tolerância ao excesso de boro e ao estresse por seca. A bactéria aumenta a atividade de enzimas antioxidantes como peroxidases, catalases, superóxido dismutase e glutationa redutase, que protegem as células vegetais contra espécies reativas de oxigênio geradas em situações adversas. Além disso, alguns estudos observam que a inoculação altera a expressão de genes relacionados ao desenvolvimento radicular. B. pumilus aumentou a transcrição do gene CRL5, envolvido na formação de raízes adventícias, e diminuiu a expressão de WOX11, regulador do crescimento de raízes em arroz. Essas alterações genéticas podem explicar parte da maior tolerância a estresses e do crescimento vigoroso.

Influência na microbiota do solo e consórcios microbianos

Para que um inoculante funcione de maneira consistente, ele precisa interagir com a microbiota nativa sem causar desequilíbrios negativos. Há indícios de que B. pumilus se adapta bem à rizosfera e pode coexistir com outros microrganismos benéficos. Estudos de Win et al. (2020) demonstraram que a inoculação de B. pumilus TUAT‑1 alterou positivamente a comunidade bacteriana do rizoplano de arroz, aumentando a abundância relativa de ordens como Acidobacteriales, Saprospirales e Alteromonadales e que a bactéria permaneceu ativa na rizosfera por pelo menos cinco semanas. Contudo, pesquisas futuras devem avaliar se essas alterações são duradouras e como afetam a saúde do solo em longo prazo.

Outra abordagem promissora é o uso de consórcios. A aplicação conjunta de B. pumilus, Pseudomonas medicona e Arthrobacter sp. elevou a produtividade de trigo em 24 % em ensaios de campo. Consórcios com Bacillus subtilis aumentaram o teor de proteínas, matéria seca e carboidratos de grãos de amaranto. Esses resultados sugerem que misturas de microrganismos podem ter efeitos sinérgicos, combinando diferentes mecanismos de promoção de crescimento e biocontrole.

Aplicações práticas e culturas beneficiadas

O espectro de culturas que se beneficiam de B. pumilus é amplo. O microrganismo já foi avaliado em cereais (arroz, trigo, milho), legumes (lentilha, soja), hortaliças (alface, tomate, espinafre), frutíferas, plantas ornamentais e espécies florestais. As formas de aplicação variam conforme o objetivo: tratamentos de sementes asseguram uma colonização precoce das raízes; aplicações via drench no sulco ou por irrigação favorecem a colonização da rizosfera; pulverizações foliares podem induzir resistência sistêmica ou proteger contra patógenos aéreos.

Para produtores interessados em produtos biológicos, é importante considerar algumas recomendações:

  1. Escolha linhagens registradas: O microrganismo precisa ser aprovado por órgãos reguladores e indicado para as culturas de interesse. Verifique a concentração de esporos (CFU mL‑¹) e a presença de outros ingredientes ativos.
  2. Compatibilidade com práticas agrícolas: B. pumilus pode complementar o uso de fertilizantes nitrogenados e fosfatados. Ensaios com arroz demonstram que a inoculação junto com fertilização aumenta crescimento e clorofila. Ajuste as doses de insumos conforme a resposta das plantas.
  3. Condições ambientais: Como a eficácia do produto depende das condições de solo e clima, procure aplicar o inoculante quando a temperatura e umidade estiverem favoráveis à colonização. Evite misturar o produto com pesticidas incompatíveis.
  4. Monitoramento: Acompanhar o desenvolvimento das plantas e a saúde do solo é fundamental. Pesquisa recente sugere que o monitoramento da microbiota via sequenciamento e qPCR pode ajudar a ajustar a aplicação e entender a persistência da bactéria.

Perspectivas e considerações finais

Bacillus pumilus reúne características que o tornam um aliado promissor na agricultura sustentável. Como PGPB, a espécie produz fitohormônios, solubiliza nutrientes e fixa nitrogênio. Como agente de biocontrole, sintetiza lipopeptídeos e enzimas hidrolíticas que suprimem fitopatógenos. Seu potencial para induzir resistência sistêmica e aumentar a tolerância a estresses abióticos amplia as possibilidades de uso em climas variáveis. Estudo após estudo confirma que linhagens de B. pumilus aumentam o crescimento radicular, a absorção de nutrientes e o rendimento em diferentes culturas.

O desenvolvimento de produtos comerciais baseados em B. pumilus ainda enfrenta desafios, como a necessidade de padronizar formulações, avaliar a persistência da bactéria no solo e entender plenamente os mecanismos de ISR. Pesquisas futuras devem priorizar ensaios de campo em larga escala e análises de microbioma para identificar interações com a microbiota nativa. Também é fundamental estudar a interação com fungicidas químicos e outros insumos para integrar o microrganismo aos sistemas de manejo.

Para agricultores brasileiros em busca de soluções inovadoras, B. pumilus oferece uma alternativa alinhada às tendências de biológicos na agricultura. Ao contribuir para a redução de fungicidas e fertilizantes, melhorar a saúde do solo e aumentar a resiliência das culturas, essa bactéria ajuda a construir uma agricultura mais sustentável, produtiva e amiga do meio ambiente.

Fontes

[1] Dobrzyński, J. et al. (2023). Biocontrol of fungal phytopathogens by Bacillus pumilus. Frontiers in Microbiology. Linhas usadas: 282–299, 258–266, 266–273, 584–590, 594–617, 595–597, 604–615, 645–665, 645–656, 658–662, 667–671, 786–799, 799–807.

[2] Dobrzyński, J. et al. (2022). Potential of Bacillus pumilus to directly promote plant growth. Frontiers in Microbiology. Linhas usadas: 152–160, 174–179, 192–205, 223–227, 228–230, 247–255, 247–270, 259–263, 264–265, 266–270, 270–278, 280–291, 293–299, 304–309, 310–312, 324–333, 337–345.