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 CO_2.

A dois caminhos para fixação de CO_2, 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 O₂ e 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 CO_2, 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 CO₂ atmosférico 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. 

A câmara climática para crescimento de plantas disponível nos modelos TE-4002 (uma porta) e TE-4002 (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.