Em todo o mundo, na foz dos rios existem zonas mortas, áreas onde as concentrações de oxigênio são tão baixas que pouca vida pode sobreviver em todo o mundo. A causa é um influxo de nitrogênio. Este nutriente estimula o crescimento de algas, mas, à medida que as algas morrem, o oxigênio é esgotado da água - fazendo com que a vida seja sufocada. Impedir que o nitrogênio chegue aos rios melhoraria a situação, mas como fazer isso? O Dr. Patompong Saengwilai e seus colegas descobriram que as raízes podem ser a resposta. Sua pesquisa, publicada no Annals of Botany, mostra como os pêlos das raízes podem influenciar a absorção de nitrogênio. Plantas com raízes melhores podem reduzir a necessidade de adicionar tanto fertilizante aos campos.
“O nitrogênio é uma grande restrição para a produção agrícola em todo o mundo”, disse o Dr. Patompong ao Botany One, “e, portanto, os agricultores tendem a aplicar uma quantidade excessiva de fertilizantes nitrogenados. No entanto, vários estudos mostraram que mais da metade do nitrogênio aplicado nos campos não é absorvido pelas plantas e é lixiviado da zona radicular. Parte do nitrogênio se torna gases nitrogenados, causando poluição do ar e parte entra nas águas subterrâneas e nas fontes de água”.
Idealmente, os agricultores usariam menos nitrogênio em seus fertilizantes. Eles poderiam fazer isso se as plantas fossem melhores em pegá-lo, mas não está claro como conseguir isso. Olhar para as raízes pode parecer óbvio; eles são como as plantas coletam potássio e fósforo. Mas os botânicos pensavam que o nitrogênio era diferente, explica o Dr. Patompong.
“O benefício dos pelos radiculares para a absorção de nutrientes que são limitados à difusão ou relativamente imóveis no solo, como potássio e fósforo, é amplamente previsível porque os pelos radiculares ajudam a expandir o volume de exploração do solo, permitindo que as plantas acessem mais nutrientes imóveis ao redor a superfície da raiz. No entanto, seus papéis para a absorção de nitrogênio foram negligenciados porque a percepção comum de que o nitrato, a forma dominante de nitrogênio na maioria dos solos agrícolas, está prontamente disponível para as plantas e não é limitado pela difusão. Isso é verdade em muitos casos, mas sabemos por nossas observações e poucos estudos no passado que a disponibilidade de nitrogênio pode ser limitada pela difusão, particularmente quando a fração de amônio no solo é alta, como em arrozais, ou quando a taxa de transpiração e teor de nitrogênio no solo é baixo. Esta informação nos levou a perguntar se os pêlos radiculares podem beneficiar a absorção de nitrogênio pelas plantas de solos com baixo teor de N.”
Para testar o papel das raízes, Patompong e seus colegas usaram três abordagens. Primeiro, eles usaram o modelo funcional-estrutural SimRoot. A equipe comparou esses resultados com experimentos com genótipos de milho com comprimento variável do cabelo da raiz (RHL) em ambientes de estufa e campo.
“Optamos por estudar o milho não apenas por ser uma das principais fontes de alimento para animais e humanos, mas também por ser uma planta modelo que vem sendo intensamente estudada. Assim, muitos recursos e informações estão disponíveis e acessíveis por pesquisadores e criadores em todo o mundo. Além disso, nosso estudo é especial porque usamos linhagens endogâmicas recombinantes (RILs) descendentes dos mesmos dois pais (B73 e Mo17), portanto, representam genótipos distintos que compartilham o mesmo background genético, reduzindo assim o risco de efeitos de confusão de interações genéticas, epistasia e pleiotropia. Além disso, esses RILs tinham características comparáveis de raiz e broto em condições normais, mas contrastavam no comprimento do cabelo da raiz, por isso são muito adequados para o nosso tipo de estudo”.
Os resultados de SimRoot forneceu alvos para procurar em outros experimentos. Os autores escreveram em seu artigo, “Consistente com SimRoot resultados, uma relação positiva entre o comprimento do pelo radicular e a aquisição de N foi observada em ambos os experimentos em casa de vegetação..., bem como no ensaio de campo... Esta concordância geral entre os resultados de in silico ambientes, o campo e a casa de vegetação merecem destaque, pois cada um desses ambientes são distintos.”
A redução da disponibilidade de nitrogênio para estressar as plantas teve o efeito de reduzir o comprimento do cabelo radicular. Esse encurtamento é importante, pois os botânicos encontraram uma relação significativa entre o comprimento do pelo radicular e o desempenho da planta. As plantas da estufa tendiam a ter os melhores pêlos radiculares, e isso pode ser porque elas tinham o melhor meio de crescimento. “É possível que, em condições de campo, a presença de argila e partículas duras possa limitar a expansão do pêlo radicular e, portanto, o comprimento do pêlo radicular em solo natural é menor do que em meios artificiais à base de areia”, escrevem os autores.
Ter pêlos radiculares mais longos é importante para as plantas, mas os cientistas queriam entender por que isso acontecia. O SimRoot modelo sugeriu que o motivo era a área de superfície. Quando a transpiração é reduzida, diminuindo o fluxo de água através de uma planta, o aumento da área de superfície das raízes pode compensar a mobilidade reduzida do nitrogênio.
O Dr. Patompong disse que, embora os resultados da equipe sejam baseados no milho, eles devem ser relevantes para outras plantas. “Esperamos que esse conhecimento possa ser aplicado a outras espécies de cultivo, mas certamente mais pesquisas precisam ser feitas. Por exemplo, o arroz também forma pelos radiculares, mas normalmente são muito mais curtos que o milho, e o arroz é cultivado com diferentes métodos de cultivo em diferentes agroecossistemas, o que pode afetar a formação e a utilidade dos pelos radiculares”.
Este artigo não é o primeiro trabalho que o Dr. Patompong fez sobre raízes. Publicações anteriores examinaram os sistemas radiculares do arroz e da mandioca. “Minha paixão pela pesquisa de raízes decorre do fato de que realmente não sabemos muito sobre elas. Olhando para a história humana da domesticação de plantas há milhares de anos, selecionamos culturas com base em suas características acima do solo; grandes frutas, grandes flores coloridas e perfumadas, mas as raízes foram negligenciadas, apesar do fato de sabermos o tempo todo que a chave do sucesso no cultivo de qualquer planta é ter um bom sistema radicular.
“Não há muita gente estudando raízes de plantas, principalmente em escala de campo porque é um trabalho “sujo” e muito trabalhoso. Minha experiência como pesquisador nos EUA, África do Sul, Japão e Tailândia me mostrou que a seleção de uma boa característica de raiz pode melhorar o crescimento das plantas em ambientes hostis e ajudar os agricultores a reduzir as taxas de aplicação de fertilizantes, o que melhora sua renda e protege o meio ambiente. ”
Dr Patompong corre Root Lab Tailândia na Universidade de Mahidol. Aqui, eles não apenas procuram melhorar as plantas, mas também os solos em que as plantas estão. Outro artigo recente do laboratório é Respostas das atividades enzimáticas degradadoras de óleo, metabolismo e cinética de degradação a exsudatos de raízes de feijoeiro durante a rizorremediação de solo contaminado com petróleo bruto. Ele recomenda que qualquer aluno interessado em fitorremediação deve “ir em frente”.
“Em comparação com outras tecnologias, a fitorremediação levará algum tempo, mas é uma das formas mais ecológicas e sustentáveis de limpar o meio ambiente. Meu conselho para qualquer aluno é encontrar inspiração e motivação nas questões do mundo real. Se possível, vá visitar o local, veja o terreno, converse com as pessoas cujas vidas são afetadas pela poluição e use isso como motivação para o seu estudo. Descobri que, quando você inicia sua carreira com o objetivo de contribuir para a sociedade por meio de conhecimento, tecnologias ou qualquer meio que puder com paixão, encontrará alegria e sucesso.”
Para o Dr. Patompong, sua paixão está claramente enraizada e pode ser parte do que impulsiona suas colaborações acadêmicas.
“O que pessoalmente acho mais fascinante sobre as raízes das plantas é que elas me ensinam uma filosofia de vida. As raízes não estão apenas nos solos, mas interagem com outras raízes, elementos, micróbios e outra biota do solo. Eles competem e ainda ajudam uns aos outros para sustentar vidas para criar um ecossistema equilibrado. Cada raiz é criada para um propósito e uma pequena mudança, mesmo na anatomia da raiz, pode causar uma mudança significativa no crescimento geral da planta e no ecossistema ao seu redor. Todos fazem parte do planeta e podemos causar um impacto positivo significativo no mundo em que vivemos.”
ARTIGO DE PESQUISA
Saengwilai P, Strock C, Rangarajan H, Chimungu J, Salungyu J, Lynch JP. 2021. Fenótipos de pêlos radiculares influenciam a aquisição de nitrogênio em milho. Annals of Botany. https://doi.org/10.1093/aob/mcab104
