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Aumento de CO2 atmosférico no desenvolvimento de plantas

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As mudanças climáticas como o aumento da temperatura e concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera tem impulsionado o desenvolvimento de pesquisas visando compreender o efeito dessas alterações no crescimento e desenvolvimento vegetal assim como na ocorrência de doenças e pragas.

 

O aumento do CO2 atmosférico tem efeito sobre o comportamento fisiológico das plantas, já que este regula processos vitais como fotossíntese, respiração, metabolismo e comportamento estomático. O carbono (C) é utilizado como substrato na fotossíntese, podendo influenciar de maneira distinta plantas de metabolismo fotossintético C3 e C4.


DIFERENÇAS ENTRE PLANTAS C3 E C4

A diferença está relacionada à fixação do carbono durante a fotossíntese. A fotossíntese é um processo de transformação da energia luminosa em energia química, através da luz solar e fixação de carbono proveniente da atmosfera, sendo composta por duas fases. A fase clara ou etapa fotoquímica tem como objetivo transformar a energia luminosa em energia química. A fase escura ou etapa química, não depende diretamente da luz e ocorre a produção de carboidratos a partir da fixação de CO2.

 

A dois caminhos para fixação de CO2, em um deles a via tem início com a formação de um composto de três carbonos (ácido 3-fosfoglicérico), sendo as plantas, que usam apenas este mecanismo "padrão", chamadas de plantas C3. Cerca de 85% das espécies são C3, incluindo arroz, trigo, soja e espécies arbóreas. Plantas classificadas como C4 desenvolveram um sistema complementar à via C3, onde ocorre a formação de um composto de quatro carbonos (ácido oxalacético), sendo esse tipo de fixação característico de plantas mais adaptadas a ambientes quentes e ensolarados, como algumas gramíneas (cana-de-açúcar, milho, sorgo, etc).

 

Estudos sugerem que plantas C4 respondem menos ao aumento de CO2 do que as plantas C3, pois já possuem um mecanismo que aumenta a eficiência fotossintética na fixação do carbono (TAIZ & ZEIGER, 2004), enquanto para plantas C3, pode haver aumento na taxa fotossintética. O aumento na fixação C deve-se à repressão da fotorrespiração e ao aumento da oferta do substrato (POORTER & NAVAS, 2003).

            

Fotorrespiração: respiração na presença de luz, onde ocorre a absorção de Oe liberação de CO2

 

O efeito benéfico do aumento de CO2 pode ser anulado se este for acompanhado de um aumento de temperatura, conforme observado em plantas C3 como cultivares de arroz (WALTER et al. 2010) e soja (RUIZ-VERA et al. 2013). Tal hipótese pode ocorrer devido ao encurtamento do ciclo de desenvolvimento e ao aumento da respiração do tecido vegetal (TAIZ & ZEIGER, 2004).

            

Além disso níveis excessivos de CO2 podem ter ação tóxica nas plantas, e levar ao fechamento estomático, reduzindo as trocas gasosas e, consequentemente, a taxa fotossintética (GUARDA & CAMPOS, 2014). A exposição a altas concentrações de CO2 também pode alterar a demanda nutricional das plantas por elementos como nitrogênio entre outros, no entanto, os resultados variam conforme a espécies estudadas e nível nutricional empregado (PÉREZ LÓPEZ et al., 2014).

 

Pesquisas recentes sugerem que o aumento da concentração de CO2, tem levado a obtenção de plantas com teor de carboidrato superior a proporção de proteína e nutrientes, considerados importantes para alimentação humana e animal. Uma meta-análise com observação de diversas espécies de plantas mostrou que a concentração de minerais totais no tecido vegetal reduziu cerca de 8% em resposta a níveis elevados de CO2, sendo que 25 minerais como ferro, zinco, potássio e magnésio tiveram sua concentração reduzida (Loladze, 2002). A correlação entre o aumento de CO2 e a redução no teor de nutrientes dos alimentos não é totalmente certa assim como a maneira como isso ocorre, sendo necessário estudos que abordem a oferta de CO2 em relação com os demais fatores que regulam o crescimento e desenvolvimento vegetal. 

 

 

PESQUISAS ENVOLVENDO CO2 E PLANTAS

O potencial que as plantas possuem em assimilar carbono atmosférico faz com que estudos sobre o efeito do aumento do CO2 no crescimento, desenvolvimento e metabolismo sejam cada vez mais necessários, uma vez que tal resposta depende da espécie vegetal e dos fatores abióticos e bióticos.  Câmaras climáticas para crescimento de plantas como a TE-4002 são capazes de adicionar e controlar a concentração CO2 e ao mesmo tempo simular condições de temperatura, umidade e iluminação, tornando-se essenciais para a realização de pesquisas com esse objetivo, onde é possível obter a condição desejada e avaliar de maneira precisa o comportamento das plantas.

 

Além disso, a previsão de que o COatmosférico aumente, devido ao uso intenso de combustíveis fósseis, faz com que o efeito das mudanças climáticas (aumento do CO2 e temperatura, por exemplo) sejam incluídos nos programas de melhoramento genético de plantas, que de modo geral, envolve um longo tempo de estudo e investimento. As câmaras de crescimento com ambiente controlado podem ser empregadas para viabilizar a técnica chamada de “Speed Breeding” (“Reprodução Rápida”) que capaz de reduzir ciclo de melhoramento e acelerar a obtenção de novos cultivares (Ghosh et al., 2018; Watson et al., 2019), otimizando os processos dentro de um programa de melhoramento genético. 



 

câmara climática para crescimento de plantas disponível nos modelos TE-4002/1 (uma porta)TE-4002/2 (duas portas) é um equipamento de alta precisão, com controle de temperatura, umidade, fotoperíodo e nível de CO2 onde é possível programar facilmente os parâmetros desejados para a realização dos experimentos. O equipamento conta com um sistema de aquisição de dados com amostragem em na coleta das variáveis temperatura e umidade, e possibilita a coleta através de um PEN DRIVE. A câmara permite simular condições previstas para ocorrer futuramente, sendo relevante para avanços na área de pesquisa e desenvolvimento.





REFERÊNCIAS

Guarda, V. Del A; Campos, L. J. M. Bases ecofisiológicas da assimilação de carbono e suas implicações na produção de forragem. Embrapa Pesca e Aquicultura, 2014.

Ghosh S, et. al. Speed breeding in growth chambers and glasshouses for crop breeding and model plant research. Nature Protocols13:2944–2963, 2019.

Loladze, I. (2002) Rising atmospheric CO2 and human nutrition: toward globally imbalanced plant stoichiometry? Trends in Ecology and Evolution 17: 457-46

Pérez-López, et. al. Interacting effects of high light and elevated CO2 on the nutraceutical quality of two differently pigmented Lactuca sativa cultivars (Blonde of Paris Batavia and Oak Leaf). Scientia Horticulturae. 191. 10.1016/j, 2015.

Poorter, H.; Navas, M-L. Plant growth and competition at elevated CO2: on winners, losers and functional groups: Tansley review. New Phytologist. 157. 175 - 198. 10.1046/j.1469-8137, 2003.

Ruiz-Vieira, U. et al. Global warming can negate the expected CO2 stimulation in photosynthesis and productivity for soybean grown in the Midwestern United States. Plant Physiology, v.162, p. 410-423, 2013.

Streck, N.A. Climate change and agroecosystems: the effect of elevated atmospheric CO2  and temperature on crop growth, development, and yield. Ciência Rural, v.35, n.3, p.730- 740, 2005.

Taiz, L.; Zeiger, E. Fisiologia vegetal. 3.ed. Porto Alegre: Artemed, 2004. 719p.

Walter, L. C. et. Mudança climática e seus efeitos na cultura do arroz. Ciência Rural, v. 40, n. 11, 2010.

Watson A, et. al. Speed breeding is a powerful tool to accelerate crop research and breeding. Nature Plants (4) 23–29, 2018.