Muitas partes do mundo já estão enfrentando uma seca recorde. O aquecimento global aumentará a intensidade e a frequência das secas no futuro. A seca tem se mostrado reduzir o rendimento de várias culturas de 30-92% dependendo da época do início da seca e do estágio da cultura.

Estudar o fluxo e a função da água nas plantas e seu ambiente é a chave para entender o impacto da seca. Os modelos de plantas são ferramentas poderosas que podem capturar e conectar o conhecimento detalhado dos processos fisiológicos das plantas. Apesar do importante papel da água no funcionamento da planta, muitos modelos não simulam a hidráulica da água (isto é, o movimento).

Dr. Tom De Swaef, pesquisador associado do Flanders Research Institute for Agriculture, Fisheries and Food (ILVO) na Bélgica e colegas revisam o uso atual e potencial da hidráulica hidráulica em modelos computacionais em um novo artigo publicado pela in silico Plants.

Este artigo começa com uma introdução fácil de entender sobre o papel do potencial hídrico no transporte de água por toda a planta. O potencial hídrico é uma medida da energia livre da água; impulsiona o fluxo de água do solo, através da planta e para a atmosfera. A introdução inclui equações básicas para calcular o potencial hídrico nas fases líquida e gasosa e fatores que afetam o potencial hídrico (por exemplo, temperatura e altura da planta). Há também um relato do uso de diferentes terminologias e unidades entre as comunidades científicas.

Um diagrama que descreve como a água passa do solo para as raízes e sobe pelo caule até as folhas e flores. O diagrama é simples e ousado e não seria confundido com uma planta vascular real.
Figura 1: Esquema de fluxo de água e condutância através de uma planta.

Os autores então mergulham em como o fluxo de água ao longo do caminho da transpiração é modelado dividindo o caminho em entidades funcionais (ver Figura 1):

  • solo para raiz – explica os modelos básicos de transporte aquaviário e sua evolução. A discussão incorpora o desenvolvimento mais recente da captura da condutividade hidráulica do solo, modelando as características da rizosfera em vez do volume do solo.
  • epiderme da raiz ao xilema da raiz – descreve as vias de transporte de água e inclui fatores fisiológicos que podem afetar os valores dos parâmetros de condutância hidráulica e osmose.
  • vertical dentro xilema – retrata o papel do xilema e sua composição. Ele detalha como ocorre a superestimação da condutância hidráulica devido ao transporte de água que ocorre na matriz da parede celular e bolhas de ar dentro do xilema.
  • folha xilema para locais de evaporação (folha) – descreve características foliares anatômicas que afetam a condutância e o uso de modelagem para determinar fatores ambientais que afetam a condutância hidráulica.

Posteriormente, os autores investigam como a hidráulica está ligada a outros processos fisiológicos da planta em modelos como transporte do floema, condutância estomática e crescimento da planta.

Finalmente, os autores sintetizam como o potencial hídrico pode servir como uma variável modelo central que conecta múltiplos mecanismos ecofisiológicos em modelos de plantas (ver figura 2). Implementações recentes de hidráulica em modelos de biosfera terrestre de grande escala melhoraram seu desempenho sob condições de água limitada, enquanto recursos hidráulicos de modelos funcionais e estruturais de plantas recentes e detalhados abrem novas possibilidades para dissecar características complexas para tolerância à seca. Esses desenvolvimentos em modelos em escalas merecem uma avaliação crítica para avaliar seu potencial para uso mais amplo em Modelos Funcionais-Estruturais de Plantas e em modelos de sistemas de cultivo, onde a hidráulica ainda está ausente.

Potencial hídrico conectado a outras variáveis, incluindo condutância estomática, transporte floema e aborto floral.
Figura 2: Potencial hídrico como variável central que conecta os processos fisiológicos da planta.

Em seguida, eles avaliam o potencial de modelos baseados hidraulicamente para identificar características fenotípicas interessantes para tolerância à seca. Os Modelos Funcionais-Estruturais de Plantas e os modelos de sistemas de cultivo capturam os efeitos das condições ambientais dinâmicas nos mecanismos fisiológicos da planta que sustentam a resposta integrada da planta e o fenótipo resultante. Portanto, ambos têm potencial para serem usados ​​para identificar características fenotípicas para tolerância à seca. No entanto, isso requer uma representação precisa dos mecanismos fisiológicos relevantes que afetam a hidráulica no modelo, conforme descrito anteriormente.

LEIA O ARTIGO:

Tom De Swaef, Olivier Pieters, Simon Appeltans, Irene Borra-Serrano, Willem Coudron, Valentin Couvreur, Sarah Garré, Peter Lootens, Bart Nicolaï, Leroi Pols, Clément Saint Cast, Jakub Šalagovič, Maxime Van Haeverbeke, Michiel Stock, Francis wyffels, Sobre o papel fundamental do potencial hídrico para modelar os processos fisiológicos da planta, in silico Plants, 2022;, diab038, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab038

Este manuscrito faz parte do in silico Plant's Edição especial do Functional Structural Plant Model.