A primeira linha de defesa de uma planta contra a tensão abiótica está nas suas raízes. Se o solo que segura a planta é saudável e biologicamente diverso, a planta terá uma maior chance de sobreviver a condições estressantes.
As respostas da planta ao estresse dependem do tecido ou órgão afetado pelo estresse. Por exemplo, as respostas transcripcionais ao estresse são específicas do tecido ou célula das raízes e são bastante diferentes dependendo do estresse envolvido.
Uma das respostas primárias ao estresse abiótico, como a alta salinidade, é a ruptura da relação Na+/K+ no citoplasma da célula da planta. Concentrações elevadas de Na+, por exemplo, podem diminuir a capacidade da planta de absorver água e também alterar as funções enzimáticas e de transporte. Adaptações evoluídas para restaurar eficazmente a homeostase iónica celular levaram a uma grande variedade de plantas tolerantes ao stress.
Facilitação, ou as interacções positivas entre diferentes espécies de plantas, é uma teia intrincada de associação num ambiente natural. É assim que as plantas trabalham em conjunto. Em áreas de alto stress, o nível de facilitação é especialmente alto também. Isto pode ser porque as plantas precisam de uma rede mais forte para sobreviver num ambiente mais duro, de modo que as suas interacções entre espécies, tais como a polinização cruzada ou acções mutualistas, se tornam mais comuns para lidar com a severidade do seu habitat.
As plantas também se adaptam de forma muito diferente umas das outras, mesmo de uma planta que vive na mesma área. Quando um grupo de diferentes espécies de plantas foi motivado por uma variedade de sinais de stress diferentes, tais como seca ou frio, cada planta respondeu de forma única. Quase nenhuma das respostas foi semelhante, apesar das plantas se terem habituado exactamente ao mesmo ambiente doméstico.
Serpentinos (meios com baixas concentrações de nutrientes e altas concentrações de metais pesados) podem ser uma fonte de stress abiótico. Inicialmente, a absorção de íons metálicos tóxicos é limitada pela exclusão da membrana celular. Os íons que são absorvidos nos tecidos são seqüestrados em vacúolos celulares. Este mecanismo de sequestro é facilitado por proteínas na membrana do vacúolo. Um exemplo de plantas que se adaptam ao solo serpentino são as metalófitas, ou hiperacumuladores, pois são conhecidas pela sua capacidade de absorção de metais pesados utilizando a translocação raiz a raiz (que irá absorver em rebentos e não na própria planta). Eles também são extintos por sua capacidade de absorver substâncias tóxicas de metais pesados.
Primação química foi proposta para aumentar a tolerância às tensões abióticas nas plantas de cultivo. Neste método, que é análogo à vacinação, agentes químicos indutores de estresse são introduzidos à planta em breves doses para que a planta comece a preparar mecanismos de defesa. Assim, quando o estresse abiótico ocorre, a planta já preparou mecanismos de defesa que podem ser ativados mais rapidamente e aumentar a tolerância.
Impacto na Produção de Alimentos
Stress abiótico afeta principalmente as plantas que estão na indústria agrícola. Principalmente devido à sua constante necessidade de ajustar os mecanismos através dos efeitos das mudanças climáticas, como frio, seca, salinidade, calor, toxinas, etc.
- Arroz (Oryza sativa) é um exemplo clássico. O arroz é um alimento básico em todo o mundo, especialmente na China e na Índia. As plantas de arroz sofrem diferentes tipos de stress abiótico, como a seca e a alta salinidade. Estas condições de stress têm um impacto negativo na produção de arroz. A diversidade genética tem sido estudada entre várias variedades de arroz com diferentes genótipos, utilizando marcadores moleculares.
- Chickpea experimenta a seca que afecta a sua produção, uma vez que foi considerado um dos alimentos mais significativos a ser utilizado em todo o mundo.
- O trigo é uma das principais culturas mais afectadas pela seca porque a falta de água afectaria o desenvolvimento da planta, fazendo com que as folhas murchassem no processo.
- Maize tem um par de fatores que afetam a própria cultura. Os principais exemplos são a temperatura elevada e a seca que foi responsável pelas mudanças no desenvolvimento das plantas e pela perda das culturas de milho, respectivamente…
- A soja não só afecta a própria planta devido à seca, mas também a produção agrícola, uma vez que o mundo depende da soja para a sua fonte de proteínas.
Stress salino nas plantasEditar
Salinização do solo, o acúmulo de sais solúveis em água a níveis que impactam negativamente a produção vegetal, é um fenômeno global que afeta aproximadamente 831 milhões de hectares de terra. Mais especificamente, o fenômeno ameaça 19,5% das terras agrícolas irrigadas do mundo e 2,1% das terras agrícolas não irrigadas (terras secas) do mundo. O alto teor de salinidade do solo pode ser prejudicial às plantas porque os sais solúveis em água podem alterar os gradientes de potencial osmótico e, consequentemente, inibir muitas funções celulares. Por exemplo, um alto teor de salinidade no solo pode inibir o processo de fotossíntese limitando a absorção de água por uma planta; altos níveis de sais solúveis em água no solo podem diminuir o potencial osmótico do solo e consequentemente diminuir a diferença de potencial de água entre o solo e as raízes da planta, limitando assim o fluxo de electrões de H2O a P680 no centro de reacção do Photosystem II.
Até várias gerações, muitas plantas sofreram mutações e construíram diferentes mecanismos para combater os efeitos da salinidade. Um bom combatente da salinidade nas plantas é o hormônio etileno. O etileno é conhecido por regular o crescimento e desenvolvimento das plantas e por lidar com condições de stress. Muitas proteínas da membrana central das plantas, tais como ETO2, ERS1 e EIN2, são utilizadas para a sinalização do etileno em muitos processos de crescimento das plantas. Mutações nestas proteínas podem levar a um aumento da sensibilidade ao sal e podem limitar o crescimento das plantas. Os efeitos da salinidade têm sido estudados em plantas Arabidopsis que sofreram mutações das proteínas ERS1, ERS2, ETR1, ETR2 e EIN4. Estas proteínas são usadas para sinalização de etileno contra certas condições de stress, como o sal e o precursor do etileno ACC é usado para suprimir qualquer sensibilidade ao stress salino.
Fosfato inangéneo nas plantasEditar
Fósforo (P) é um macronutriente essencial necessário para o crescimento e desenvolvimento das plantas, mas a maior parte do solo do mundo é limitado neste importante nutriente vegetal. As plantas podem utilizar P principalmente na forma de fosfato inorgânico solúvel (Pi) mas estão sujeitas ao stress abiótico da limitação de P quando não há suficiente PO4 solúvel disponível no solo. O fósforo forma complexos insolúveis com Ca e Mg em solos alcalinos e Al e Fe em solos ácidos, o que o torna indisponível para as raízes das plantas. Quando há uma biodisponibilidade limitada de P no solo, as plantas apresentam um fenótipo de estresse abiótico extensivo, como raízes primárias curtas e mais raízes laterais e pêlos radiculares para tornar mais superfície disponível para absorção de Pi, exsudação de ácidos orgânicos e fosfatase para liberar Pi do complexo P contendo moléculas e torná-lo disponível para o crescimento dos órgãos das plantas. Foi demonstrado que PHR1, um factor de transcrição relacionado com MYB – MYB – é um regulador mestre da resposta de P-starvation nas plantas. PHR1 também foi mostrado para regular a remodelação extensiva de lipídios e metabolitos durante o stress de limitação de fósforo
Stress de secaEdit
Stress de seca definido como o déficit de água que ocorre naturalmente é uma das principais causas de perdas de colheitas dentro do mundo agrícola. Isto é devido à necessidade de água em tantos processos fundamentais no crescimento das plantas. Nos últimos anos, tornou-se especialmente importante encontrar uma forma de combater o estresse hídrico. Uma diminuição da precipitação e o subsequente aumento da seca são extremamente prováveis no futuro, devido ao aumento do aquecimento global. As plantas têm criado muitos mecanismos e adaptações para tentar lidar com o estresse da seca. Uma das principais formas de as plantas combaterem o stress da seca é fechando os seus estômagos. Um hormônio chave que regula a abertura e o fechamento do estômago é o ácido abscísico (ABA). A síntese do ABA faz com que o ABA se ligue aos receptores. Esta ligação afecta então a abertura dos canais iónicos, diminuindo assim a pressão turgorífica no estômago e provocando o seu fecho. Estudos recentes, de Gonzalez-Villagra, et al., mostraram como os níveis de ABA aumentaram em plantas com estresse hídrico (2018). Eles mostraram que quando as plantas eram colocadas em uma situação estressante, elas produziam mais ABA para tentar conservar qualquer água que tivessem em suas folhas. Outro factor extremamente importante para lidar com o stress da seca e regular a absorção e exportação de água é a aquaporina (AQPs). Os AQPs são proteínas de membrana integral que compõem os canais. O principal trabalho destes canais é o transporte de água e outros solutos necessários. Os AQPs são regulados transcrição e pós transcrição por muitos factores diferentes como ABA, GA3, pH e Ca2+ e os níveis específicos de AQPs em certas partes da planta, como raízes ou folhas, ajudam a atrair a maior quantidade possível de água para a planta. Ao compreender tanto o mecanismo dos AQPs como o hormônio ABA, os cientistas serão mais capazes de produzir plantas resistentes à seca no futuro.
Uma coisa interessante que tem sido encontrada em plantas que estão consistentemente expostas à seca, é a sua capacidade de formar uma espécie de “memória”. Em um estudo de Tombesi et al., eles encontraram plantas previamente expostas à seca, que foram capazes de criar uma espécie de estratégia para minimizar a perda de água e diminuir o seu uso. Eles descobriram que as plantas que foram expostas às condições de seca realmente mudaram a forma como regulavam seus estômatos e o que eles chamavam de “margem de segurança hidráulica”, de forma a diminuir a vulnerabilidade da planta. Ao alterar a regulação dos estômatos e posteriormente a transpiração, as plantas foram capazes de funcionar melhor em situações em que a disponibilidade de água diminuiu.