A Mancha Foliar de Glomerella constitui uma das principais limitações fitossanitárias à produção de macieiras no Sul do Brasil. A doença está associada a espécies do gênero Colletotrichum, destacando-se Colletotrichum chrysophilum, recentemente reconhecido como um dos principais agentes relacionados à doença em pomares do Sul do Brasil e Uruguai após revisões taxonômicas fundamentadas em análises moleculares (Astolfi et al., 2022). A doença manifesta-se inicialmente por lesões necróticas foliares que evoluem rapidamente, culminando em desfolha precoce, redução da área fotossintética e comprometimento direto do calibre, da coloração e do valor comercial dos frutos. A despeito de sua relevância econômica, o manejo eficiente da doença é frequentemente prejudicado pela dificuldade de detecção nos estágios iniciais da infecção.
Modo de ação do Colletotrichum spp. na macieira
O Colletotrichum é um fungo hemibiotrófico, o que significa que sua estratégia de infecção ocorre em duas fases distintas e sequenciais. Na fase biotrófica inicial, o patógeno penetra nos tecidos foliares por meio de apressórios, estruturas especializadas de adesão e penetração, sem causar morte celular imediata. O fungo se estabelece nos tecidos do hospedeiro e extrai nutrientes de células ainda vivas, permanecendo praticamente imperceptível à inspeção visual e aos métodos convencionais de diagnóstico. Velho et al. (2018) observaram que isolados Colletotrichum chrysophilum são capazes de colonizar tecidos foliares de macieira de forma assintomática até as primeiras 48 horas após a infecção. Nesse período inicial, alterações fisiológicas sutis podem modificar as respostas espectrais das folhas antes da manifestação visual dos sintomas. Entre essas respostas se destacam alterações no conteúdo de clorofila, na atividade fotossintética, na organização estrutural dos tecidos e no teor hídrico foliar. Ainda que não haja manifestação visual da doença, essas modificações podem alterar a interação da folha com a radiação eletromagnética, resultando em variações nas assinaturas espectrais foliares. Na fase necrotrófica subsequente, o fungo passa a secretar enzimas degradadoras da parede celular e toxinas, promovendo morte celular e o aparecimento das lesões necróticas características da Mancha Foliar de Glomerella. Nesse estágio, o patógeno já está plenamente estabelecido, tornando o diagnóstico visual tardio para intervenções fitossanitárias mais eficientes.
Sensoriamento proximal como ferramenta de detecção precoce
Nesse contexto, o sensoriamento proximal hiperespectral emerge como alternativa tecnológica promissora para o diagnóstico precoce de doenças foliares. Por meio da aquisição de dados nas regiões do visível (VIS), do infravermelho próximo (NIR) e do infravermelho de ondas curtas (SWIR), essa abordagem permite detectar respostas fisiológicas induzidas pela infecção fúngica ainda nos estágios iniciais do processo patogênico. As diferentes regiões espectrais respondem, respectivamente, às mudanças
nos pigmentos fotossintéticos, à integridade estrutural dos tecidos vegetais e às variações no conteúdo de água foliar. Alterações nessas propriedades fisiológicas e bioquímicas modificam a interação entre a radiação eletromagnética e o tecido vegetal, resultam em variações nas assinaturas espectrais das folhas. Dessa forma, mesmo antes da manifestação visual dos sintomas, o processo infeccioso pode ser indiretamente identificado por meio das respostas espectrais da planta.
O uso de espectrorradiômetros portáteis de alta resolução, como o FieldSpec 4 (350–2500 nm), possibilita a aquisição de dados espectrais em nível foliar com elevada sensibilidade, favorecendo a detecção de alterações funcionais associadas aos estágios iniciais da infecção. A elevada resolução desses sensores permite a obtenção de assinaturas espectrais contínuas, capazes de registrar variações sutis nas respostas metabólicas da planta ao processo infeccioso.
Além da análise direta das curvas espectrais, essa abordagem possibilita a extração de bandas específicas e o cálculo de índices espectrais relacionados ao estresse biótico da planta. Essas informações contribuem para a identificação de regiões espectrais potencialmente sensíveis ao processo infeccioso e para a interpretação dos efeitos fisiológicos induzidos pelo patógeno.
Nos últimos anos, o avanço das técnicas de análise estatística multivariada e dos algoritmos de aprendizado de máquina tem ampliado o potencial da espectroscopia aplicada à fitopatologia (Lu et al., 2017). A integração entre dados espectrais e métodos computacionais possibilita reconhecer padrões complexos associados às respostas fisiológicas das plantas, favorecendo o desenvolvimento de modelos preditivos para o diagnóstico precoce de doenças em diferentes culturas agrícolas.
Apesar desses avanços, ainda são limitados os estudos voltados à detecção precoce da Mancha Foliar de Glomerella em macieira por meio de sensoriamento proximal, especialmente durante os estágios iniciais da infecção por Colletotrichum spp. Nesse contexto, a identificação de assinaturas espectrais associadas à fase biotrófica da infecção representa uma perspectiva relevante para o desenvolvimento de ferramentas de monitoramento fitossanitário mais precisas e sensíveis (Mahlein et al., 2022).
O estudo em desenvolvimento
Resultados preliminares obtidos em pesquisas que vêm sendo conduzidas pela EPAGRI, por meio do Epagri/Ciram e da Epagri/Estação Experimental de Caçador, demonstraram relação entre alterações na resposta espectral de folhas de macieira, observadas 36 horas após a inoculação em condições laboratoriais, e o grau de severidade da doença avaliado 60 horas após a inoculação, antes mesmo do aparecimento de sintomas visuais.
Dando continuidade a essa linha de pesquisa desenvolvida pela EPAGRI, o presente estudo de mestrado, vinculado ao Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais (PPGRGV) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), busca
ampliar os estudos sobre a aplicação do sensoriamento hiperespectral no diagnóstico precoce da Mancha Foliar de Glomerella em macieira.
O objetivo do trabalho é identificar em que momento após a infecção as alterações espectrais nas folhas tornam-se detectáveis, possibilitando indicar a presença do patógeno antes do surgimento dos primeiros sintomas visuais. A condução do experimento teve início com duas frentes executadas concomitantemente: o isolamento, a recuperação e a multiplicação de isolados do patógeno em condições laboratoriais, assegurando a obtenção de inóculo viável e padronizado, e a produção de mudas sadias e uniformes de macieira do grupo ‘Gala’ em ambiente protegido, sob condições controladas de temperatura, umidade e luminosidade, até o atingimento do estádio fenológico adequado para a inoculação. O patógeno será então aplicado em concentrações pré-estabelecidas, com a manutenção de um grupo-testemunha não inoculado, permitindo avaliar comparativamente a resposta espectral e fitopatológica da cultura a distintos níveis de infecção.
A partir da inoculação, duas modalidades de avaliação serão conduzidas concomitantemente: avaliações fitopatológicas visuais sistemáticas, destinadas à determinação da incidência e da severidade da doença, e aquisição de dados espectrais em nível foliar. As leituras serão realizadas previamente à inoculação e em intervalos regulares de seis horas após a inoculação, com o objetivo de acompanhar a dinâmica temporal das respostas da planta ao processo infeccioso. A integração entre as avaliações visuais e os dados espectrais permitirá comparar a evolução dos sintomas com as variações observadas nas respostas espectrais ao longo do tempo, possibilitando investigar a ocorrência de alterações detectáveis antes da manifestação visual da doença.
Os dados obtidos serão submetidos a análises estatísticas e estratégias de modelagem preditiva, visando à identificação de padrões associados à presença e à evolução da infecção. Adicionalmente, serão investigadas associações entre os parâmetros espectrais e as variáveis fitopatológicas, com o objetivo de avaliar o potencial do sensoriamento proximal para a estimativa da severidade da Mancha Foliar de Glomerella ao longo do ciclo experimental (Figura1).
Figura 1 – Fluxograma experimental da detecção precoce da Mancha Foliar de Glomerella por sensoriamento proximal e aprendizado de máquina.
Relevância para o sistema produtivo
Do ponto de vista aplicado, os resultados esperados têm potencial para subsidiar o desenvolvimento de ferramentas de suporte à decisão no manejo fitossanitário da macieira, permitindo intervenções mais precisas e oportunas, com redução da dependência de fungicidas, dos custos de produção e dos impactos ambientais associados ao controle químico. A adoção de cultivares com maior nível de resistência à Mancha Foliar de Glomerella, como ‘Star Gala’ e ‘Gala Gui’, representa um avanço relevante no manejo integrado da doença. Contudo, dado o caráter parcial dessa resistência, o diagnóstico precoce por sensoriamento proximal configura uma estratégia complementar e sinérgica, capaz de ampliar a eficiência e a sustentabilidade dos sistemas de produção.
Os resultados gerados neste estudo têm potencial para subsidiar o desenvolvimento de protocolos de detecção precoce e monitoramento fitossanitário baseados em sensoriamento proximal, favorecendo a implementação de estratégias de manejo mais precisas, oportunas e sustentáveis para a cultura da macieira. Além disso, a identificação de assinaturas espectrais associadas à infecção por Colletotrichum spp. poderá contribuir para futuras aplicações em sistemas automatizados de monitoramento e suporte à decisão em condições de campo.
Referências
ASTOLFI, P. et al. Reclassification of the main causal agent of Glomerella leaf spot on apple in southern Brazil and Uruguay. Phytopathology, v. 112, p. 1-8, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.1094/PHYTO-12-21-0527-SC
LU, J. et al. Hyperspectral image analysis techniques for the detection and classification of the early onset of plant disease and stress. Plant Methods, v.13, n.80, 2017. Disponível em: https://doi.org/10.1186/s13007-017-0233-z
MAHLEIN, A.K. et al. Hyperspectral sensing of plant diseases: principle and methods. Agronomy, v.12, n.6, 1451, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.3390/agronomy12061451
VELHO, A.C.; MONDINO, P.; STADNIK, M.J. Extracellular enzymes of Colletotrichum fructicola isolates associated to apple bitter rot and Glomerella leaf spot. Mycology, v. 9, n. 2, p. 145-154, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.1080/21501203.2018.1464525
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Agradecimentos
O presente trabalho foi realizado com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina (FAPESC), por meio de bolsa de mestrado concedida ao primeiro autor.
Silvana Slowik1; Elisângela Benedet da Silva2; Gabriel Berenhauser Leite2; Cláudio Ogoshi3; Marciel João Stadnik1.
1Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, Santa Catarina, Brasil.
2Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina, Centro de Informações de Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina, Florianópolis, Santa Catarina, Brasil.
3Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina, Estação Experimental de Caçador, Santa Catarina, Brasil.
Silvana Slowik: silvanaslowik@gmail.com
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