Agradecimentos por este artigo, vá para Diana Yates, Editora de Ciências Biológicas, Departamento de Notícias da Universidade de Illinois Os cientistas agrícolas que estudam as mudanças climáticas geralmente se concentram em como o aumento dos níveis de dióxido de carbono atmosférico afetará o rendimento das colheitas. Mas o aumento das temperaturas provavelmente complicará o quadro, relatam os pesquisadores em uma nova revisão do tópico.
Publicado no Journal of Experimental Botany, a revisão explora como temperaturas mais altas influenciam o crescimento e a viabilidade das plantas, apesar da maior disponibilidade de CO atmosférico
2 , um componente chave da fotossíntese. O calor excessivo pode reduzir a eficiência das enzimas que conduzem a fotossíntese e pode prejudicar a capacidade das plantas de regular o CO
2 , absorção e perda de água, escrevem os pesquisadores. As características estruturais podem tornar as plantas mais – ou menos – suscetíveis ao estresse térmico. Os atributos do ecossistema – como o tamanho e a densidade das plantas, a disposição das folhas nas plantas ou as condições atmosféricas locais – também influenciam como o calor afetará o rendimento das culturas.
A revisão descreve os mais recentes esforços científicos para enfrentar esses desafios.
“É importante ter uma compreensão dessas questões em todas as escalas – desde a bioquímica de folhas individuais até as influências no nível do ecossistema – para realmente lidar com esses problemas de maneira informada”, disse a principal autora
Caitlin Moore , pesquisador da University of Western Australia e pesquisador afiliado do
Instituto de Sustentabilidade, Energia e Meio Ambiente na Universidade de Illinois Urbana-Champaign. Moore liderou a revisão com
Amanda Cavanagh , outra ex-aluna da U. of I. agora na University of Essex, no Reino Unido.
“Historicamente, tem havido muito foco no aumento de CO2 e no impacto que isso tem nas plantas”, disse o coautor
Carl Bernacchi , professor de
biologia vegetal e de
ciências agrícolas e uma afiliada do
Carl R. Woese Institute for Genomic Biology na U. of I. “E é um fator importante, porque estamos mudando enormemente essa concentração de dióxido de carbono. Mas é uma pequena parte da história maior. Uma vez que você joga a mudança de temperatura na mistura, isso atrapalha completamente nossa compreensão de como as plantas vão responder”.
“Pegue o Rubisco, a principal enzima que fixa o dióxido de carbono em açúcares, tornando possível a vida na Terra”, disse Cavanagh. “O rubisco acelera à medida que a temperatura aumenta, mas também é propenso a cometer erros.”
Em vez de fixar o dióxido de carbono ligando-o aos açúcares, uma etapa fundamental da fotossíntese, a Rubisco às vezes fixa o oxigênio, iniciando um caminho diferente que desperdiça os recursos da planta. Temperaturas mais altas tornam isso mais provável, disse Cavanagh. Em temperaturas ainda mais altas, a enzima começará a perder sua integridade estrutural, tornando-a ineficaz.
O calor excessivo também pode prejudicar a produção reprodutiva de uma planta. Outras enzimas sensíveis ao calor são essenciais para o maquinário de colheita de luz das plantas ou desempenham um papel na movimentação de açúcares para diferentes tecidos vegetais, permitindo que a planta cresça e produza grãos ou frutas.
“Se essas pequenas máquinas moleculares forem empurradas para fora da faixa de temperatura ideal, elas não poderão fazer seu trabalho”, disse Cavanagh.
Quando as temperaturas sobem muito, as folhas das plantas abrem os poros em sua superfície, chamados estômatos, para se resfriar. Os estômatos também permitem que as plantas absorvam dióxido de carbono da atmosfera, mas quando estão totalmente abertos, a folha pode perder muita umidade.
“A temperatura afeta a atmosfera acima da planta”, disse Moore. “À medida que a atmosfera esquenta, ela pode reter água adicional, puxando mais água das plantas”.
Cientistas em Illinois e em outros lugares estão procurando maneiras de aumentar a resiliência das plantas de cultivo diante dessas mudanças. Moore, cujo trabalho se concentra em fatores de escala do ecossistema, disse que novas ferramentas que podem ajudar a rastrear plantas em grande escala são essenciais para esse esforço. Por exemplo, satélites que podem detectar mudanças na fluorescência da clorofila nas plantas podem indicar se uma cultura está sob estresse térmico. Essas mudanças na fluorescência são detectáveis antes que a planta mostre qualquer sinal externo de estresse térmico - como as folhas ficando marrons. O desenvolvimento dessas ferramentas pode permitir que os agricultores respondam mais rapidamente ao estresse da cultura antes que muitos danos sejam causados.
Cavanagh, que estuda a biologia molecular e a fisiologia das plantas, disse que algumas plantas são mais tolerantes ao calor do que outras, e os cientistas estão pesquisando seus genomas em busca de pistas para seu sucesso.
“Por exemplo, você pode olhar para os parentes selvagens do arroz australiano que estão crescendo em climas muito mais severos do que a maioria dos arrozais em casca”, disse ela. “E você vê que suas enzimas estão preparadas para trabalhar com mais eficiência em temperaturas mais altas.”
Um dos objetivos é transferir genes tolerantes ao calor para variedades de arroz cultivadas que são mais suscetíveis ao estresse térmico.
Outras estratégias incluem estruturas de engenharia que bombeiam mais CO
2 , ao local de fixação do carbono para melhorar a eficiência da Rubisco; alterando as propriedades de coleta de luz das folhas nas partes superior e inferior das plantas para uniformizar a distribuição da luz solar e manter os níveis de umidade; e alterando a densidade dos estômatos para melhorar seu controle de CO
2 , influxo e perda de umidade.
A colaboração entre cientistas focados em diferentes escalas do ecossistema e função da planta – do atmosférico ao molecular – é essencial para o sucesso dos esforços para construir resiliência nas plantas cultivadas, disseram os pesquisadores.
“O mundo está ficando mais quente em um ritmo chocante”, disse Cavanagh. “E sabemos por modelos globais que cada aumento no grau Celsius da temperatura bruta pode causar perdas de 3% a 7% no rendimento de nossas quatro principais culturas. Portanto, não é algo que possamos ignorar.
“O que me deixa otimista é perceber que tanto trabalho está sendo feito para resolver esse problema globalmente”, disse ela.
Cavanagh e Bernacchi são afiliados do projeto Realizing Added Photosynthetic Efficiency na U. of I. Moore também é afiliado do Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation em Illinois. Bernacchi é um fisiologista de pesquisa de plantas do Departamento de Agricultura dos EUA, Serviço de Pesquisa Agrícola.
O artigo “O efeito do aumento da temperatura na fotossíntese das culturas:das enzimas aos ecossistemas” está disponível online e no U. do I. News Bureau.
