Culturas com raízes mais fortes, rígidas e protegidas de lignina penetram em substratos duros e prometem rendimentos mais elevados – ScienceDaily

“Esta descoberta é um bom presságio para a agricultura americana e global porque a característica ajuda o milho, o trigo e a cevada a desenvolver raízes mais profundas, o que é importante para a tolerância à seca, eficiência do nitrogênio e sequestro de carbono”, disse Jonathan Lynch, distinto professor de ciência das plantas. “Melhorar essa característica deve ser útil no desenvolvimento de novas safras para mitigação do clima.”

Os pesquisadores o chamaram de esclerênquima cortical multiseriados, ou MCS, o fenótipo é caracterizado por pequenas células com paredes espessas logo abaixo da superfície das raízes. Raízes com o genótipo MCS possuem maior concentração de lignina, um polímero orgânico complexo que é importante na formação das paredes celulares, principalmente em madeira e casca, que proporciona rigidez.

Mais lignina dá às raízes MCS maior resistência à tração e maior força de flexão da ponta da raiz em comparação com genótipos não MCS. Essa rigidez extra ajuda as raízes a penetrar nas camadas duras do solo.

Descobertas do estudo de anatomia da raiz, publicado hoje (1º de fevereiro) em procedimentos da Academia Nacional de Ciências, eles são incríveis. Genótipos de milho com MCS tiveram sistemas de raízes 22% mais profundos e 39% mais biomassa da parte aérea em solos compactados no campo em comparação com linhas sem MCS.

A compactação do solo reduz a porosidade, limita a infiltração de água, reduz a aeração e restringe o crescimento das raízes por apresentar uma deficiência física, observou a pesquisadora principal Hannah Schneider, pesquisadora de pós-doutorado no grupo de pesquisa de Lynch na Escola de Ciências Agrícolas.

“As camadas compactadas do solo limitam a produtividade das culturas, restringindo o crescimento das raízes e a exploração nas camadas mais profundas do solo, o que por sua vez limita o acesso a nutrientes e água”, disse ele. “Plantas com raízes que podem penetrar em solo duro e forragear mais profundamente têm uma vantagem na captura de água e nutrientes e, em última análise, têm melhor desempenho em condições de seca ou baixa fertilidade do solo.”

O estudo incluiu componentes de campo e estufa para avaliar a capacidade de penetração das raízes em solos compactados.

Os cientistas realizaram dois experimentos de campo para estudar o crescimento da raiz: um no Apache Root Biology Center em Willcox, Arizona, e o outro no Russel E. Larson Agricultural Research Center da Penn State em Rock Springs. Em cada local, os pesquisadores cultivaram seis genótipos de milho que contrastavam no conteúdo de lignina da raiz. Cada experimento de campo envolveu compactação e nenhum tratamento de compactação.

Quando o milho floresceu, os solos foram retirados do núcleo perto de plantas selecionadas aleatoriamente para avaliar o crescimento das raízes. As raízes de duas plantas por parcela experimental também foram desenterradas e avaliadas, e a biomassa dos brotos foi coletada.

Doze genótipos de trigo e seis de milho também foram cultivados em uma estufa no campus do University Park. Grandes recipientes de crescimento, ou “mesocosmos”, com uma camada compactada de solo foram instalados para determinar quais raízes penetraram no substrato duro. Depois de mais de um mês de crescimento, segmentos de raiz de cada um dos genótipos de milho e trigo foram coletados, a resistência à tração e a força de flexão da ponta da raiz foram medidas e testadas.

Esta pesquisa usou a tomografia de ablação a laser, conhecida como LAT, para visualizar a anatomia das raízes das plantas em estudo. O grupo de pesquisa de Lynch desenvolveu a tecnologia exclusiva em 2011 para outros aplicativos de análise de raiz. Os pesquisadores que usam o LAT podem medir o espectro da luz emitida por diferentes células cortadas pelo laser para diferenciar entre vários tecidos.

Variação genética para MCS foi encontrada em cada um dos cereais examinados pelos pesquisadores, e a herdabilidade foi relativamente alta, eles relataram, sugerindo que esta característica pode ser selecionada em programas de melhoramento. Das linhagens de plantas revisadas neste estudo, o MCS estava presente em 30 a 50% dos cultivares modernos de milho, trigo e cevada.

As implicações das safras de milho desenvolverem raízes mais profundas para alcançar mais longe em busca de água e nutrientes e, como consequência, produzir rendimentos mais elevados, seriam enormes em regiões onde a população não tem segurança alimentar, observou Schneider. Isso é especialmente verdadeiro em face da mudança do clima que está tornando vastas áreas mais sujeitas à seca.

“Observamos o MCS no milho, trigo, cevada e muitas outras culturas de cereais, e nosso trabalho sugere que muitos dos benefícios do MCS podem ser análogos em espécies diferentes”, disse ele. “O MCS pode ser uma característica importante para a tolerância ao estresse e aumento da produtividade nas safras de cereais.”

Fonte da história:

Materiais fornecido por Estado de Penn. Original escrito por Jeff Mulhollem. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.