• PlantaConsciência

Série Estresse em Plantas – Parte V: Respostas de plantas a estresses individuais e combinados

Atualizado: Set 9

Nos últimos anos você deve ter ouvido falar que alta temperatura ou que a falta de chuva tem prejudicado a produtividade de diversas culturas no nosso País. E acredite, é verdade! Diversos estudos científicos têm demonstrado que estas condições ambientais isoladas afetam negativamente o crescimento e desenvolvimento de culturas de interesse agronômico como a soja (Vital et al., 2019), o tomate (Klunklin et al., 2017) e o trigo (Posh et al., 2019).

No entanto, não podemos esquecer que no campo, as culturas estão frequentemente sujeitas à combinação desses fatores ambientais durante seu ciclo de vida. A disponibilidade de água, por exemplo, é geralmente reduzida à medida que aumenta a temperatura e, levando em consideração a frequência e intensidade das mudanças nas condições climáticas nos últimos anos, a ocorrência de estresses combinados será cada vez mais frequente. Desta forma, compreender as respostas das plantas aos fatores de estresse combinados é inevitável para melhorar a adaptação e cultivo de plantas tolerantes a estas condições de campo (Pandey et al., 2015).


Como as plantas respondem ao déficit hídrico e a temperatura elevada?


As plantas lidam com os estresses por meio de ajustes fisiológicos, bioquímicos, metabólicos e morfológicos, para garantir sua sobrevivência e reprodução. Independente de alterações no estado hídrico da parte aérea, por exemplo, as plantas são capazes de detectar a menor disponibilidade hídrica no solo mediante a transferência de sinais hidráulicos da raiz para as folhas (Liu et al., 2004). A propagação do sinal hidráulico induz a síntese do fitormônio ácido abscísico (ABA) nas folhas que promove o fechamento estomático (Figura 1), com redução na assimilação de CO2 para a fotossíntese.




Figura 1. Modulação do fechamento estomático induzido pelo ABA. Fonte: Chen et al., (2020).





Além disso, durante o déficit hídrico a redução na assimilação de CO2 pode promover um acúmulo de excesso de energia de excitação na cadeia transportadora de elétrons para a fotossíntese e resultar na formação de espécies reativas de oxigênio (EROs) (Hussain et al., 2018). Como consequência, diversos problemas podem ocorrer como danos ao fotossístema II, inibição de enzimas do Ciclo de Calvin, ou ainda, a degradação de pigmentos do complexo coletor de luz (Anjum et al., 2003; Farooq et al., 2009).

Já sob condições de temperatura elevada o processo de assimilação de CO2 também é comprometida, no entanto, em virtude da redução na solubilidade de CO2, o que favorece a fixação de O2 e a fotorrespiração (Dusenge et al., 2018). Outro efeito importante da alta temperatura nas plantas, é o aumento na permeabilidade das membranas dos tilacoides que desestabiliza a cadeia transportadora de elétrons (Ivanov et al., 2017) e, compromete o gradiente de íons necessários para a fotossíntese (Figura 2 e 3). Esse desbalanço energético pode aumentar a produção de EROs causando danos em lipídeos e proteínas de membranas (Niu e Xiang, 2018).


Figura 2. Efeito do calor na estrutura do cloroplasto e na organização lateral das membranas tilacóides de plantas de ervilha. (a) Microfotografia eletrônica de membranas de cloroplasto sem envelope sem estresse, (b) tratados termicamente (5 min, 45ºC), (c) principais componentes da cadeia transportadora de elétrons e (d) mudanças induzidas pelo calor na estrutura da cadeia transportadora. Fonte: Ivanov et al., 2017.



Figura 3. Visão simplificada dos efeitos do estresse térmico nas vias de transporte de elétrons (setas azuis escuras) dentro das membranas tilacóides. (a) performance normal do transporte de elétrons e (b) o efeito do calor na remoção de proteínas e na dissociação dos complexos do FSII. Fonte: Ivanov et al., 2017.







Você pode notar que embora os estresses déficit hídrico e alta temperatura tenham alguns efeitos únicos nas funções fotossintéticas das plantas, ambos são prejudiciais para a maquinaria fotossintética e consequentemente para o crescimento e desenvolvimento das plantas.


E, como as plantas respondem ao déficit hídrico e a temperatura elevada combinados?


Conforme supracitado, o déficit hídrico e a alta temperatura alteram diversos processos fisiológicos nas plantas. No entanto, esses estresses quando combinados possivelmente os efeitos nas plantas podem ser exacerbados, segue alguns estudos com esses estresses combinados:


(1) Qaseem et al., (2019) evidenciaram maior desestabilização da estrutura da membrana e degradação de clorofilas em plantas de trigo exposto ao estresse térmico do que sob déficit hídrico, enquanto o status hídrico das plantas foram mais afetados pelo déficit hídrico do que pela alta temperatura. Os autores ainda observaram que nas plantas de trigo expostos aos estresses combinados os mesmos parâmetros foram mais afetados.


(2) Nankishore e Farrell (2016) reportaram reduções na condutância estomática e no teor de pigmentos cloroplastídicos em tomateiro exposto aos estresses térmico e seca combinados. Enquanto que nos tomateiros expostos apenas ao tratamento térmico, os mesmos parâmetros permaneceram semelhantes aos das plantas controle.


(3) Vital (2019) analisando o efeito da alta temperatura e déficit hídrico em cultivares de soja, observou que o déficit hídrico afetou negativamente a fotossíntese e fluorescência da clorofila a nas plantas. No entanto, esse efeito foi exacerbado quando imposto juntamente com a alta temperatura.


De fato, os estresses por alta temperatura e déficit hídrico combinados também provocam alterações nas características das plantas, que podem prejudicar o crescimento, desenvolvimento e a produtividade. Mas não podemos esquecer, que em campo mais estresses podem acontecer concomitante, como por exemplo o excesso de luz, e a realização de pesquisas que visam identificar e mitigar os efeitos prejudiciais de estresses múltiplos são essenciais para ajudar na identificação de cultivares tolerantes, bem como no planejamento mais adequado do plantio em regiões que pode ocorrer tais eventos.


Texto escrito por Fábia Barbosa da Silva


#estresseemplantas #altatemperatura #déficithidrico #fotossintese #produtividade #mudançasclimaticas #cloroplasto #tolerancia


Referências


Anjum, F., Yaseen, M., Rasool, E., Wahid, A., & Anjum, S. (2003). Water stress in barley (Hordeum vulgare L.) I. Effect on morpohological characters. seeds, 105, 266-271.

Chen, K., Li, G. J., Bressan, R. A., Song, C. P., Zhu, J. K., & Zhao, Y. (2020). Abscisic acid dynamics, signaling, and functions in plants. Journal of Integrative Plant Biology, 62(1), 25-54.

Dusenge, M. E., Duarte, A. G., & Way, D. A. (2019). Plant carbon metabolism and climate change: elevated CO 2 and temperature impacts on photosynthesis, photorespiration and respiration. New Phytologist, 221(1), 32-49.

Farooq, M., Aziz, T., Wahid, A., Lee, D. J., & Siddique, K. H. (2009). Chilling tolerance in maize: agronomic and physiological approaches. Crop and Pasture Science, 60(6), 501-516.

Hussain, H. A., Hussain, S., Khaliq, A., Ashraf, U., Anjum, S. A., Men, S., & Wang, L. (2018). Chilling and drought stresses in crop plants: implications, cross talk, and potential management opportunities. Frontiers in plant science, 9, 393.

Ivanov, A. G., Velitchkova, M. Y., Allakhverdiev, S. I., & Huner, N. P. (2017). Heat stress-induced effects of photosystem I: an overview of structural and functional responses. Photosynthesis Research, 133(1-3), 17-30.

Klunklin, W., & Savage, G. (2017). Effect on quality characteristics of tomatoes grown under well-watered and drought stress conditions. Foods, 6(8), 56.

Nankishore, A., Farrell, A.D. The response of contrasting tomato genotypes to combined heat and drought stress. Journal of Plant Physiology. Guyana, v.202, p.75-82, 2016.

Pandey, P., Ramegowda, V., & Senthil-Kumar, M. (2015). Shared and unique responses of plants to multiple individual stresses and stress combinations: physiological and molecular mechanisms. Frontiers in Plant Science, 6, 723.

Niu, Y., & Xiang, Y. (2018). An overview of biomembrane functions in plant responses to high-temperature stress. Frontiers in plant science, 9, 915.

Posch, B. C., Kariyawasam, B. C., Bramley, H., Coast, O., Richards, R. A., Reynolds, M. P., ... & Atkin, O. K. (2019). Exploring high temperature responses of photosynthesis and respiration to improve heat tolerance in wheat. Journal of experimental botany, 70(19), 5051-5069.

Qaseem, M. F., Qureshi, R., & Shaheen, H. (2019). Effects of pre-anthesis drought, heat and their combination on the growth, yield and physiology of diverse wheat (Triticum aestivum L.) genotypes varying in sensitivity to heat and drought stress. Scientific reports, 9(1), 1-12.

Vital, R. G., Müller, C., da Silva, F. B., Batista, P. F., Merchant, A., Fuentes, D., ... & Costa, A. C. (2019). Nitric oxide increases the physiological and biochemical stability of soybean plants under high temperature. Agronomy, 9(8), 412.


52 visualizações
 

©2019 por PlantaconsCiência. Orgulhosamente criado com Wix.com