Entomopathogenic fungi as promoters of ecosystem services for pest control in coffee crop management systems

Abstract

The concept of ecosystem services has been discussed due to its relevance to the sustainability of agricultural systems, especially in relation to food security, environmental protection and the promotion of human health. There is increasing evidence that ecosystem services are achieved as a function of ecosystem biodiversity. Considered the main reservoir of biological diversity, soils are home to a variety of microorganisms, which are responsible for a significant proportion of ecosystem services. A fundamental regulatory ecosystem service is the biological control of naturally occurring pests, in which entomopathogenic fungi play a central role. The population dynamics and effectiveness of entomopathogenic fungi are directly related to soil conditions and the agricultural management adopted. Practices that favor the maintenance of soil biodiversity can enhance biological control, reducing dependence on chemical inputs and promoting a more sustainable balance in agroecosystems. This thesis aims to analyze the diversity and functionality of entomopathogenic fungi in different coffee cultivation systems (agroforestry, organic and conventional), evaluating the impact of management practices and the availability of macro and micronutrients in the soil on fungal composition. For this purpose, molecular methodologies were used to identify and quantify the species present in the soil, in addition to the live bait technique to evaluate the effectiveness of fungi in suppressing pests. Principal Component Analysis, which aimed to identify whether there is evidence that the types of management differ in terms of the type of nutrition and the composition of the fungi, revealed that there are significant differences in fungal diversity between the agricultural management systems. The results indicate that the organic and agroforestry systems have greater fungal diversity compared to conventional crops, evidencing the effect of agricultural management on the composition of soil fungal communities. In addition, we evaluated the ecosystem service of pest control according to the type of coffee management systems, and through the mortality of the baits, survival curves were constructed and the fungal isolates from the insects were isolated, identified and quantified for each system. These fungi were more active in organic and agroforestry management systems, showing greater potential for the control of Hypothenemus hampei, through the survival curves, and for Tenebrio molitor, the collections in different coffee management systems had the greatest influence on its survival. The research aims to reinforce the importance of the biodiversity of entomopathogenic fungi for the resilience of agricultural systems and provide fundamental information for the development of management strategies that maximize the ecosystem services provided by these organisms. Thus, the results obtained may contribute to the development of sustainable approaches, thus promoting the conservation of soil biodiversity, aligning with the demands for more efficient and environmentally responsible agricultural production. Keywords: Keywords: Soil-microorganism interaction, microbial diversity, agroecosystems, pest suppression, agricultural sustainability diversity.

O conceito de serviços ecossistêmicos tem sido atualmente discutido devido à sua relevância para a sustentabilidade dos sistemas agrícolas, especialmente em relação à segurança alimentar, à proteção do meio ambiente e à promoção da saúde humana. Há cada vez mais evidências de que os serviços ecossistêmicos são atingidos em função da biodiversidade dos ecossistemas. Considerado o principal reservatório de diversidade biológica, os solos abrigam uma diversidade de microrganismos, sendo esses responsáveis por uma proporção significativa dos serviços ecossistêmicos. Um serviço ecossistêmico regulador fundamental é o controle biológico de pragas que ocorre naturalmente. Nele, os fungos entomopatogênicos desempenham um papel central. A dinâmica populacional e a eficácia dos fungos entomopatogênicos estão diretamente relacionadas às condições edáficas e ao manejo agrícola adotado. Práticas que favorecem a manutenção da biodiversidade do solo podem potencializar o controle biológico, reduzindo a dependência de insumos químicos e promovendo um equilíbrio mais sustentável nos agroecossistemas. Esta tese tem como objetivo analisar a diversidade e a funcionalidade dos fungos entomopatogênicos em diferentes sistemas de cultivo de café (agroflorestal, orgânico e convencional), avaliando o impacto das práticas de manejo e da disponibilidade de macro e micronutrientes do solo sobre a composição fúngica. Para isso, foram empregadas metodologias moleculares para a identificação e quantificação das espécies presentes no solo, além da técnica de iscas vivas para avaliar a eficácia dos fungos na supressão de pragas. Análise de Componentes Principais que teve como objetivo identificar se há indícios de que os tipos de manejos se diferenciam quanto ao tipo de nutrição e a composição dos fungos, revelou que, existe diferenças significativas na diversidade fúngica entre os sistemas de manejo agrícola. Os Resultados indicam que os sistemas orgânico e agroflorestal apresentam maior diversidade fúngica em comparação aos cultivos convencionais, evidenciando o efeito do manejo agrícola na composição das comunidades fúngicas do solo. Além disso, avaliamos o serviço ecossistêmico de controle de pragas em função do tipo de sistemas de manejo do cafeeiro, e através da mortalidade das iscas, curvas de sobrevivências foram construídas e os isolados fúngicos provenientes dos insetos foram isolados, identificados e quantificados para cada sistema. Esses fungos foram mais ativos em sistemas de manejo orgânico e agroflorestais apresentando maior potencial para o controle Hypothenemus hampei, através das curvas de sobrevivências, e para Tenebrio molitor as coletas em diferentes sistemas de manejo do café que tiveram maior influência em sua sobrevivência. A pesquisa busca reforçam a importância da biodiversidade de fungos entomopatogênicos para a resiliência dos sistemas agrícolas e fornecem informações fundamentais para o desenvolvimento de estratégias de manejo que maximizem os serviços ecossistêmicos prestados por esses organismos. Dessa forma, resultados obtidos poderão contribuir para o desenvolvimento de abordagens sustentáveis, promovendo assim a conservação da biodiversidade do solo, alinhando-se às demandas por uma produção agrícola mais eficiente e ambientalmente responsável. Palavras-chave: Palavras-chave: Interação solo-microrganismo, diversidade microbiano, agroecossistemas, supressão de pragas, sustentabilidade agrícola.