Você sabe o que é o estresse em plantas e quais são seus impactos na produtividade da lavoura?
O uso de cultivares adaptadas, oriundo dos avanços constantes do melhoramento genético de plantas, possibilita que diferentes culturas sejam cultivadas fora de suas regiões e clima em que se adaptam. O trigo é um exemplo disso, uma vez que o uso de cultivares adaptadas possibilita que o trigo seja cultivado em regiões de clima do tipo Mediterrâneo e outras regiões tropicais.
A busca pela adaptabilidade das culturas surge pela necessidade de expandir as áreas produtivas dos grandes commodities mundiais. Fora de suas regiões de origem, as plantas são submetidas a diferentes fatores, sendo eles bióticos e abióticos, responsáveis pelo estresse fisiológico das plantas em questão.
Nesse contexto, o estresse em plantas é um desvio significativo das condições ótimas para o crescimento e desenvolvimento das plantas, que induzem mudanças e respostas em todos os níveis funcionais do organismo, que podem ou não ser reversíveis.
Uma planta pode ser considerada adaptada, tolerante ou aclimatada.
Uma planta adaptada é resistente geneticamente, resistência adquirida por um processo de seleção natural por gerações. Enquanto isso, a planta tolerante está parcialmente apta a enfrentar um ambiente desfavorável, a depender de diversos fatores como a intensidade dele. E a planta aclimatada tem sua tolerância aumentada como consequência de exposição anterior ao estresse.
Continue lendo este artigo e aprenda tudo o que precisa sobre o estresse em plantas!
O estresse em plantas e a fisiologia dos cultivos
Ao analisar como as plantas crescem e se desenvolvem, é fundamental entender sobre a fisiologia das plantas, assim como a interação delas com inúmeros fatores do ambiente, sejam eles bióticos ou abióticos, pois elas apresentam uma intensa vida metabólica.
A fisiologia vegetal visa analisar as diversas funções e processos de uma planta, tais como a fotossíntese, a germinação de sementes, os hormônios vegetais, a respiração das células e outros não menos importantes. Para isso, precisamos partir do princípio de que o sistema da planta é composto por células, sendo elas a estrutura fundamental onde se assentam todas as funções da planta: genéticas, bioquímicas e fisiológicas.
As células e seus componentes
Nas plantas, há uma diversidade de células com diferentes formas e funções, desde as raízes até as flores. Essas células produzem uma ampla gama de metabólitos, que vão desde moléculas simples, como o óxido nítrico e o etileno, até moléculas mais complexas e variadas, como a celulose, a lignina e os fosfolipídios.
A célula possui diferentes partes, todas com suas funções bem definidas e algumas típicas de determinado organismo, como por exemplo os cloroplastos. O cloroplasto é uma organela típica da célula vegetal, pertencente ao grupo dos plastídios. Sua função principal é a fotossíntese, um dos fenômenos mais espetaculares da biologia.
Outro ponto importante de salientar: sua função nesse contexto é o vacúolo, que pode representar até 90% do volume da célula, tratando-se da estrutura mais proeminente da célula madura. O vacúolo contém água e solutos como açúcares, íons, compostos fenólicos, enzimas hidrolíticas, entre outros.
Além disso, o vacúolo desempenha um importante papel na economia hídrica da planta, pois é osmoticamente ativo, permite rigidez e suporte mecânico às plantas herbáceas para que se mantenham túrgidas e eretas. Na senescência, o vacúolo pode liberar enzimas hidrolíticas e acelerar a morte celular.
Compreendidas as células da planta e as funções de seus componentes, podemos partir para sua relação com diferentes fatores, entre eles, a relação água-planta, que podemos considerar como um dos principais.
Relação água-planta na fisiologia vegetal
Assim como todos os seres vivos, as plantas precisam de água para sobreviver. Ela é o agente abiótico mais importante, pois constitui perto do 90% da sua matéria fresca. A água forma parte da matriz coloidal do citoplasma, servindo de suporte às reações metabólicas da célula no citoplasma, no vacúolo e nas demais organelas celulares.
Isso se dá em virtude de suas propriedades físicas e químicas: bom solvente, baixa ionização, bipolaridade, etc. Por outro lado, a água, na matriz do solo, pode estar livre nos macros e microporos do solo, ou ligada a moléculas de argila ou matéria orgânica, dependendo do pH dessa matriz.
Como nos sistemas biológicos, o fenômeno denominado osmose resulta em um equilíbrio hídrico entre as células, em que, dependendo da concentração do soluto extracelular, pode ocorrer plasmólise (perda de água pela célula) ou turgescência celular (ganho de água pela célula).
Contudo, considerando a planta como um todo, o status hídrico depende da dinâmica dos estômatos, assim como da intensidade da transpiração, entre outros fatores considerados neste tópico.
Controle estomático e adaptação ao estresse hídrico
Para facilitar o entendimento, o estresse gerado pela falta ou excesso hídrico é controlado pela abertura e fechamento dos estômatos, e esse depende da cultura e da resistência dos materiais dentro de uma mesma cultura. Uma planta resistente à seca mantém a turgescência da célula por um período maior, possibilitando a manutenção das funções essenciais a planta até que se restabeleça as condições ideais para seu desenvolvimento.
Logo, todo estresse incidente na planta e as respostas dela envolvem um processo fisiológico.
De maneira prática, podemos citar a adaptabilidade das raízes, que crescem em direção a região que contém maior umidade do solo para uma absorção mais eficiente. Além disso, outra habilidade muito importante que garante a adaptação das plantas em um ambiente agrícola é a capacidade de controlar a transpiração, garantindo a estabilidade da temperatura das folhas em dias mais quentes.
Confira os principais tipos de estresse em plantas
As plantas são organismos eucarióticos estáticos, ou seja, emitem raízes e se fixam para sempre em determinado local. Em função das adversidades do ambiente como chuva, seca, ataque de vírus, insetos ou outros, elas não têm a capacidade de mudar de um lugar para outro.
Dessa forma, sua sobrevivência depende das características de seu genoma, bem como do meio ambiente. Por exemplo, no cenário de que algum fator ambiental exerça uma influência negativa sobre a planta (estresse), ela responderá conforme sua programação genética.
Esses fatores que incidem sobre as plantas podem ser bióticos, tais como outras plantas, microrganismos, animais e outros de origem antropogênica ou abióticos, que incluem água, radiação, temperatura, gases, minerais, efeitos mecânicos e outros.
A seguir, vamos conferir os principais tipos de estresse em plantas, que são:
- Estresse biótico
- Estresse abiótico
- Estresse nutricional
- Estresse hídrico
- Estresse térmico
- Estresse salino
- Estresse luminoso
Estresses bióticos
O estresse biótico é desencadeado pela ação de outros organismos vivos, seja uma planta que apresente potencial alelopático ou pela sua presença em um local indesejado, causando assim competição interespecífica e prejudicando a absorção de água e nutrientes. Além das plantas invasoras que podem também ser inóculo de doenças, temos outros organismos associados ao solo, implementos e outras fontes, podendo ser bactérias, fungos, vírus e insetos.
No entanto, as plantas possuem mecanismos de defesa. Um deles é o ‘suicídio celular’, onde a planta elimina as células infectadas para bloquear a progressão do patógeno. Outro mecanismo é o espessamento da parede celular, criando uma barreira mecânica contra a entrada de patógenos. Além disso, as plantas produzem metabólitos com atividade antimicrobiana, como as fitoalexinas, e enzimas que degradam as paredes dos patógenos, como quitinase e glucanase.
Além desses mecanismos de defesa, com anos de reprodução e exposição aos fatores bióticos que citamos, tem-se também a chamada indução de resistência das plantas, funcionando como um sistema imunitário que age de forma sistêmica em toda planta. O princípio dessa resposta sistêmica adquirida (RSA) consiste na ativação dos genes que manterão a planta inteira em um estado de resistência contra um amplo espectro de patógenos.
Estresses abióticos
Alguns fatores abióticos podem estar correlacionados. A exemplo disso, podemos citar o estresse hídrico que pode ocasionar também déficit nutricional às plantas, pois sem soluto não há translocação destes. Ainda que os nutrientes possam estar disponíveis no solo, a debilidade da planta causa a incapacidade de absorvê-los e redirecioná-los.
Nesse caso, as carências nutricionais diminuem o ritmo do metabolismo das plantas, reduzindo também os gastos energéticos, o que por sua vez reduz o crescimento, a fotossíntese e por fim, como consequência, o rendimento.
Outras condições meteorológicas, como granizo, vento e geadas, podem causar danos mecânicos. Da mesma forma, danos causados por máquinas agrícolas e outras ferramentas utilizadas, como a poda, a transplantação ou o desbaste, também podem causar danos tanto nas sementes quanto nas plantas originadas por elas, ocasionando assim estresses fisiológicos.
Desse modo, podemos dizer que fatores abióticos incluem aqueles de natureza física e química que, em sua ausência ou demasiada presença, podem alterar o plano crescimento e desenvolvimento das plantas. Ainda que a condição seja temporária, é importante ressaltarmos que a vitalidade da planta pode diminuir de forma significativa e até mesmo definitiva, a depender da sua intensidade.
É comum que uma planta sob situação de estresse apresente sintomas fisiológicos, alterando a funcionalidade da planta, e também morfológicos, que são aqueles que observamos visualmente.
Não deixe de ler: Reguladores vegetais no controle de estresses abióticos.
Estresse nutricional
Os elementos essenciais se definem de acordo com a necessidade da planta, e quando estão ausentes, causam sintomas específicos de deficiência e/ou possuem um papel específico no metabolismo da planta, permitindo que a mesma complete seu ciclo de vida.
A disponibilidade desses nutrientes e da energia solar permite que as plantas sintetizem todos os compostos que elas necessitam para o seu crescimento. Com exceção do carbono e do oxigênio, os demais nutrientes são adquiridos pelas plantas através do sistema radicular, envolvendo três processos diferentes:
- Difusão: quando o nutriente entra em contato com a raiz ao passar de uma região de maior concentração para uma de menor concentração próxima da raiz;
- Fluxo de massa: quando o elemento é carregado de um local de maior potencial de água para um de menor potencial de água próximo da raiz; e
- Interceptação radicular: quando o contato se dá com o crescimento da raiz e o consequente encontro com o elemento.
Como dito anteriormente, a deficiência de nutrientes ocorre nas plantas quando há insuficiência de um nutriente no meio de crescimento ou ele não pode ser absorvido e assimilado pela planta devido a condições ambientais desfavoráveis, como o déficit hídrico. Por outro lado, em condições de excesso hídrico, pode ocorrer toxidez de alguns elementos.
Nesse contexto, as raízes apresentam função importante na absorção de nutrientes e de água, indispensáveis para a adaptação das plantas ao ambiente, equilibrando a aquisição de nutrientes de acordo com as variações na demanda da parte aérea, causadas também pelas mudanças no ambiente.
Essa adaptação envolve ajustes fisiológicos, como a taxa de absorção e transporte de íons, a longevidade das raízes, além de alterações morfológicas e nas características da “arquitetura” radicular.
Como podemos perceber, alguns estresses em plantas estão correlacionados, assim como o hídrico, térmico e nutricional, que você irá acompanhar a seguir.
Estresse hídrico
Como a planta cresce somente quando a turgescência é mantida, e considerando que esta é a primeira a ser afetada pela deficiência hídrica, se as células ou órgãos perdem a turgescência, os sintomas de murchamento se tornam visíveis.
Tendo em vista que a planta utiliza menos de 5% da água que passa através dela, a importância da manutenção do turgor se torna ainda mais relevante, especialmente em períodos fenológicos críticos. Assim, em qualquer avaliação de deficiência hídrica, deve-se sempre verificar o grau de turgescência da planta, além da taxa de transpiração cíclica diária, que é controlada pela abertura estomática
Como resposta ao déficit hídrico, há uma diminuição da área foliar, que em resposta a falta de água causa contração celular, afrouxamento de parede e redução de turgor. Isso leva à redução na expansão celular e foliar, à abscisão foliar, causada pelo estímulo na síntese de etileno, e também no acentuado crescimento das raízes.
O ácido abscísico induz o fechamento estomático, enquanto a síntese de açúcares protetores, como a trealose, atua na desidratação celular, mantendo a estabilidade das membranas. Além disso, ocorrem o ajuste osmótico e a produção das proteínas Lea (late embryogenesis abundant).
Estresse térmico
A temperatura é um dos elementos climáticos de maior importância para o crescimento, desenvolvimento e a produtividade da cultura. A temperatura ótima para o arroz varia de acordo com a fase fenológica da cultura, assim como para outras espécies e suas cultivares.
No Rio Grande do Sul, por exemplo, sua importância se agrava ainda mais, principalmente para o cultivo do arroz, devido ao fato de que a semeadura ocorre em solo seco.
Os desvios de temperatura ocupam lugar de destaque entre os parâmetros agro-meteorológicos observados que fazem parte das Normais Climatológicas das regiões brasileiras. Eles são acompanhados por dados de precipitação acumulada, desvios da precipitação e umidade disponível no solo.
Condições meteorológicas e climáticas influenciam desde a semeadura até o transporte e armazenamento dos produtos. Logo, a importância do conhecimento climático é tão expressiva quanto à própria genética das sementes utilizadas.
Influência da temperatura nos processos metabólicos das plantas
Os processos químicos, físicos e biológicos influenciam-se de forma mútua. Eles podem ocorrer simultaneamente, beneficiando ou prejudicando a germinação, o crescimento e o desenvolvimento das plantas. A temperatura do solo, por exemplo, varia sazonalmente e diariamente, o que pode resultar em mudanças na energia dissipada através da superfície do sol. Isso governa processos físico-químicos e biológicos, influenciando também a troca gasosa entre a atmosfera e o solo.
A temperatura do ar é uma resposta a um conjunto de fatores, entre eles a radiação solar, e ambos influenciam a temperatura do solo. Por sua vez, a temperatura da planta assemelha-se à temperatura do ambiente (ar e solo), e esse sincronismo ocasiona flutuações periódicas que influenciam os processos metabólicos da planta. Temperaturas elevadas aceleram o processo metabólico, enquanto períodos mais frios tendem a reduzi-los.
Estresse térmico: impactos e necessidade de condições adequadas
Os fatores ambientais afetam a temperatura do solo, controlando a quantidade de calor fornecido à superfície do solo e a quantidade de calor dissipada da superfície pelo perfil. A temperatura do solo altera a taxa de decomposição e mineralização da matéria orgânica de diferentes materiais. Isso prejudica o conteúdo de água no solo, sua condutividade e disponibilidade para as plantas.
Desse modo, a temperatura do solo é um dos principais determinantes dos processos que ocorrem no solo e são necessários para o crescimento das plantas, sendo também fundamental para o processo de germinação. Para isso, é necessário fornecer condições adequadas, principalmente de umidade, aeração, temperatura e luz.
Os processos de germinação e desenvolvimento da semente distinguem-se entre si. Durante a germinação, as enzimas estão envolvidas em processos catabólicos nos tecidos de reserva, enquanto o metabolismo durante o desenvolvimento da semente é principalmente anabólico, ou seja, voltado para a síntese de substância. A absorção de água, ou sua restrição, é um fator predominante para ambos.
Alguns danos causados por estresse térmico são a diminuição da fotossíntese (fotoinibição). Eles ocasionam a degradação de enzimas, produção de radicais livres de oxigênio, diminuição da estabilidade das membranas celulares e outros efeitos prejudiciais.
Estresse salino
As plantas sujeitas a estresse salino podem tolerar mudanças nas condições salinas do ambiente, utilizando múltiplas vias bioquímicas para promover a retenção e/ou aquisição de água, preservando as funções fotossintéticas e mantendo a homeostase iônica.
O estresse pode ocorrer quando há alta concentração de sais no ambiente de cultivo, como cloretos, sulfatos, carbonatos, sódio, cálcio e magnésio. Pode ter origem natural ou antrópica, sendo causado na agricultura principalmente pelo manejo inadequado da irrigação, adubação e drenagem.
Para entender o estresse salino, é importante conhecer as vias que levam à síntese de metabólitos ativos osmoticamente, aminoácidos específicos a esse estresse e algumas espécies reativas de oxigênio que podem controlar o fluxo de íons e água.
A aptidão de plantas em se desintoxicar desses radicais livres em condições de estresse salino implica em um gasto energético elevado. Algumas espécies tolerantes a salinidade acumulam metabólitos que realizam funções importantes como osmoprotetores.
A glicina-betaína é um exemplo de osmoprotetor potente. Essa molécula se locomove por toda planta e regula a pressão osmótica nas células vegetais, a fim de evitar a fuga da água da célula que levaria à sua morte. Ela dinamiza também a circulação dos fluxos de seiva, permitindo a mobilização de água e o fluxo de nutrientes.
Estresse luminoso
A fotossíntese, processo pelo qual as plantas transformam energia luminosa em energia química (carboidratos), é imprescindível para as plantas. Isso porque a luz fornece energia para oxidação da água, gerando elétrons (energia) para as fases seguintes da fotossíntese para fixar o CO2 do ambiente e produzir O2, o que é vital para a respiração de todos os organismos multicelulares.
Logo, podemos dizer que a fotossíntese não ocorre sem os substratos básicos: luz, água e CO2.
A luminosidade é absorvida pelos pigmentos fotossintetizantes, as clorofilas e carotenoides, localizados nos cloroplastos. Os pigmentos fotossintéticos possuem diferentes picos de absorção. Os carotenoides, por exemplo, são conhecidos como pigmentos acessórios, que transferem a luz absorvida para a clorofila, facilitando a fotossíntese e protegendo a planta dos danos causados pela luz.
Os pigmentos fotossintéticos são responsáveis por captar a luz e transferir a energia para o complexo dos centros de reação, onde ocorrem as reações químicas de oxidação e redução. Portanto, a ausência de luz altera a resposta fotossintética das plantas, resultando em diversas alterações fisiológicas com impacto direto no rendimento das culturas.
Considerações finais
Entendeu melhor o que é o estresse em plantas e seu impacto na produtividade da lavoura?
Compreender como as plantas reagem a diferentes tipos de estresse em plantas permite ao produtor rural ou profissional agrônomo tomar medidas eficazes para reduzir seus efeitos. Assim, pode garantir maior resistência das plantas contra doenças e pragas e desenvolver maior resiliência para situações adversas, aumentando a produtividade e a produção.
Não quer perder outros artigos como este? Fique de olho no blog da Elevagro!
Autores: Isabela da Rosa Bersch, Benhur Schwartz Barbosa, Tiago Zanatta Aumonde e Tiago Pedó.
Referências
Estresses abióticos. Disponível em: https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/doc/697072/1/doc-239-p25.pdf
MARCOS FILHO, J. Fisiologia de sementes de plantas cultivadas. 2ª ed. Londrina: ABRATES, 660 p. 2015.
PAULILO, Maria Terezinha Silveira; VIANA, Ana Maria; RANDI, Áurea Maria. Fisiologia vegetal. CED/LANTEC/UFSC, 2010. Disponível em: https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/187023/1/FisiologiaVegetal-final21.pdf
PESKE, S. T.; VILLELA, F. A.; MENEGHELLO, G. E. Sementes: fundamentos científicos e tecnológicos. 4ª Edição. 2019.
SILVEIRA, Joaquim AG et al. Mecanismos biomoleculares envolvidos com a resistência ao estresse salino em plantas. Manejo da salinidade na agricultura: estudos básicos e aplicados, v. 1, p. 161-18, 2010.
SOUZA, Moacil Alves de; RAMALHO, Magno Antonio Patto. Controle genético e tolerância ao estresse de calor em populações híbridas e em cultivares de trigo. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 36, p. 1245-1253, 2001. Disponível em: https://www.scielo.br/j/pab/a/ShPqxDBjNfnrSwXXVQ6bjQd/
ECHER, Fábio R.; ROSOLEM, Ciro A. Efeitos do estresse luminoso na fisiologia do algodoeiro. O algodoeiro e os estresses abióticos, v. 78, p. 31.
