A agricultura está intrinsecamente ligada às temperaturas ambientais, e a tendência recente de aquecimento global introduziu um novo conjunto de desafios. Ondas de calor extremas se tornaram mais frequentes, levando à redução da produtividade das colheitas e representando uma ameaça significativa à segurança alimentar e à sustentabilidade agrícola.
As temperaturas globais aumentaram 1.25°C devido à intensificação das atividades humanas, com estimativas sugerindo um aumento adicional além de 1.5°C em uma década. Para cada aumento de 1°C, a produção de grandes culturas como trigo, arroz, milho e soja diminui em aproximadamente 6.0%, 3.2%, 7.4% e 3.1%, respectivamente. Entender como as plantas se adaptam e toleram altas temperaturas é crucial para abordar os problemas globais de segurança alimentar exacerbados pelo aquecimento global.
1. Como as plantas percebem e respondem à temperatura?
As plantas têm uma faixa de temperatura ótima para o crescimento, e a morfogênese térmica ocorre sob condições amenas, como alongamento do hipocótilo e floração mais precoce. O estresse por calor é definido não por uma temperatura absoluta, mas por exceder a temperatura ótima de crescimento da planta em 5°C-10°C. Os receptores exatos de temperatura nas plantas ainda não foram identificados, mas a pesquisa reuniu várias pistas:
1. Alterações na fluidez da membrana e na conformação da proteína devido a mudanças de temperatura podem ser o primeiro evento na percepção da temperatura.
2. Sinais intracelulares ativam segundos mensageiros como íons de cálcio (Ca2+) e espécies reativas de oxigênio (ROS), transmitindo sinais de calor para respostas posteriores.
3. Alterações nas proteínas intracelulares, como a formação de grânulos de estresse térmico que aumentam a termotolerância, fazem parte da resposta da planta.
4. Os sinais de calor são transmitidos ao núcleo, regulando a expressão de genes relacionados ao estresse térmico e sintetizando proteínas de choque térmico e ubiquitinas, que participam da estabilização enzimática e das principais atividades fisiológicas sob estresse térmico.
2. Como as plantas lidam com o estresse de alta temperatura?
As plantas terrestres são estacionárias e precisam lidar com flutuações de temperatura em seu ambiente. Elas desenvolveram mecanismos abrangentes para combater danos causados pelo calor:
1. Estômatos como janelas termorreguladoras: Os estômatos são os principais locais para fotossíntese, respiração e transpiração, e estão entre os primeiros órgãos a responder ao estresse por calor. O aumento da condutância estomática e a transpiração aprimorada ajudam a resfriar a planta, mas podem levar à perda excessiva de água e ao murchamento.
2. Regulação de hormônios vegetais: Vários hormônios vegetais, incluindo ácido abscísico (ABA), ácido salicílico (SA), etileno (ETH) e brassinolides (BR), estão envolvidos na resposta da planta ao estresse térmico. O acúmulo de ABA durante a recuperação do estresse térmico ajuda as plantas a ganhar termotolerância, enquanto o SA desempenha um papel crucial na termotolerância sistêmica adquirida e na sinalização de resposta hipersensível.
3. Ativação de sistemas antioxidantes: altas temperaturas causam uma explosão de ROS, levando a danos oxidativos irreversíveis. As plantas produzem enzimas antioxidantes como superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX), ascorbato (AsA) e desidroascorbato redutase (DHAR) para mitigar os danos de ROS e aumentar a termotolerância.
4. Acúmulo de reguladores osmóticos: sob estresse de alta temperatura, as plantas acumulam reguladores osmóticos para aumentar a resistência ao estresse. Aplicação exógena de substâncias como espermina, flavonoides, ácido gama-aminobutírico (GABA), prolina, trealose, sorbitol, glicina betaína, e as poliaminas podem estabilizar enzimas antioxidantes e participar da eliminação de ROS.
Outros materiais como S-ABA, oligossacarídeo de alginato, extrato de algas marinhas e brassinolida também pode ser usado na tolerância ao estresse das culturas.
3. O papel dos bioestimulantes tolerantes ao estresse no estresse térmico das plantas
STB (Stress Tolerance Biostimulants) são uma classe de bioestimulantes que promovem a resistência das plantas ao estresse. STB pode ativar a síntese e o acúmulo de ABA nas plantas, aumentando sua tolerância ao estresse de alta temperatura por meio da regulação estomática, regulação iônica, ajuste osmótico e modulação de espécies reativas de oxigênio, facilitando o crescimento de recuperação pós-estresse.
O aquecimento global se tornou uma grande ameaça à segurança alimentar e ao desenvolvimento humano. O STB, como um bioestimulante ambientalmente amigável e eficiente, desempenha um papel significativo no combate ao aquecimento global, garantindo a segurança alimentar e promovendo o desenvolvimento agrícola sustentável.