O aumento das temperaturas também atrapalha a fotossíntese em um clima em mudança

Postado em Journal of Experimental Botany, a revisão explora como as temperaturas mais altas influenciam o crescimento e a viabilidade das plantas, apesar do aumento da disponibilidade de CO atmosférico_dois, um componente chave da fotossíntese.

O calor excessivo pode reduzir a eficiência das enzimas que impulsionam a fotossíntese e podem prejudicar a capacidade das plantas de regular o CO_dois absorção e perda de água, escrevem os pesquisadores. As características estruturais podem tornar as plantas mais ou menos suscetíveis ao estresse térmico. Atributos do ecossistema, como tamanho e densidade da planta, arranjo de folhas nas plantas ou condições atmosféricas locais, também influenciam como o calor afetará o rendimento da colheita.

A revisão descreve os esforços científicos mais recentes para enfrentar esses desafios.

“É importante entender essas questões em todas as escalas, desde a bioquímica foliar individual até as influências no nível do ecossistema, para realmente abordar essas questões de uma forma informada”, disse a autora principal Caitlin Moore, pesquisadora da University of Western Australia e afiliada pesquisador do Instituto de Sustentabilidade, Energia e Meio Ambiente da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. Moore conduziu a revisão com Amanda Cavanagh, outra aluna da Universidade de I. agora na Universidade de Essex, no Reino Unido.

“Historicamente, muita atenção tem sido dada ao aumento do CO_dois e o impacto que isso tem sobre as plantas “, disse o co-autor Carl Bernacchi, professor de biologia vegetal e ciência da cultura e afiliado do Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica da Universidade de I.” E é um fator importante, porque estamos mudando enormemente a concentração de dióxido de carbono. Mas é uma pequena parte da grande história. Uma vez que as mudanças de temperatura são adicionadas à mistura, isso arruína completamente nossa compreensão de como as plantas vão reagir. “

“Vamos pegar a Rubisco, a enzima chave que fixa o dióxido de carbono nos açúcares, tornando a vida possível na Terra”, disse Cavanagh. “O Rubisco acelera com o aumento da temperatura, mas também está sujeito a cometer erros.”

Em vez de fixar o dióxido de carbono ligando-o aos açúcares, uma etapa fundamental na fotossíntese, a Rubisco às vezes fixa o oxigênio, iniciando um caminho diferente que desperdiça os recursos da planta. As 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 a maquinaria de colheita de luz das plantas ou desempenham um papel no movimento de açúcares para diferentes tecidos vegetais, permitindo que a planta cresça e produza grãos ou frutos.

“Se essas pequenas máquinas moleculares forem empurradas para fora da faixa de temperatura ideal, não poderão fazer seu trabalho”, disse Cavanagh.

Quando as temperaturas ficam muito altas, a planta deixa poros abertos em suas superfícies, chamados estômatos, para esfriar. Os estômatos também permitem que as plantas absorvam dióxido de carbono da atmosfera, mas quando totalmente abertas, a folha pode perder muita umidade.

“A temperatura afeta a atmosfera acima da planta”, disse Moore. “À medida que a atmosfera aquece, pode reter mais água, por isso retira mais água das plantas.”

Cientistas em Illinois e em outros lugares estão procurando maneiras de melhorar a resistência das plantas agrícolas a essas mudanças. Moore, cujo trabalho se concentra em fatores de escala do ecossistema, disse que novas ferramentas que podem ajudar na triagem de plantas em grande escala são essenciais para esse esforço. Por exemplo, os 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 por calor, como as folhas ficando marrons. O desenvolvimento dessas ferramentas pode permitir que os agricultores respondam mais rapidamente ao estresse da safra 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 procurando em seus genomas por pistas de seu sucesso.

“Por exemplo, você pode ver os parentes selvagens australianos do arroz crescendo em climas muito mais severos do que a maioria dos arrozais”, disse ele. “E você vê que suas enzimas são configuradas para trabalhar com mais eficiência em temperaturas mais altas.”

Um dos objetivos é transferir genes tolerantes ao calor para variedades de arroz cultivado que são mais suscetíveis ao estresse térmico.

Outras estratégias incluem estruturas projetadas que bombeiam mais CO._dois para o local de fixação de carbono para melhorar a eficiência da Rubisco; alterar as propriedades de captação de luz das folhas na parte superior e inferior das plantas para equalizar a distribuição da luz solar e manter os níveis de umidade; e mude a densidade estomática para melhorar seu controle de CO_dois influxo e perda de umidade.

A colaboração entre cientistas focados em diferentes escalas do ecossistema e da função das plantas, da atmosférica à molecular, é essencial para o sucesso dos esforços para construir resiliência nas plantas cultivadas, disseram os pesquisadores.

“O mundo está esquentando a uma taxa chocante”, disse Cavanagh. “E sabemos por modelos globais que todo aumento na temperatura bruta pode causar perdas de rendimento de 3% a 7% em nossas quatro culturas principais. Portanto, não é algo que podemos ignorar.

“O que me deixa otimista é perceber que muito trabalho está sendo feito para resolver esse problema globalmente”, disse ele.