Como Crescer Mais Com Menos: O Poder dos Fitohormônios e Micróbios Benéficos no Sucesso da Agricultura Sustentável

Uma nova abordagem para aumentar a produtividade e a resiliência das culturas utilizando bioestimulantes naturais e ecológicos

Prof. Aécio D’Silva, Ph.D
AquaUniversity

Fitohormônios e Micróbios Benéficos – A agricultura sustentável é a prática de produzir alimentos, fibras e combustíveis de uma forma que satisfaça as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de satisfazerem as suas próprias necessidades. A agricultura sustentável visa conservar os recursos naturais, proteger o ambiente, melhorar a saúde humana e garantir o bem-estar social e económico. No entanto, a agricultura sustentável enfrenta muitos desafios, tais como as alterações climáticas, o crescimento populacional, a degradação dos solos, a escassez de água, os surtos de pragas e doenças e a insegurança alimentar. Para superar estes desafios, os agricultores precisam de adoptar métodos inovadores e eficientes de gestão das culturas que possam aumentar o rendimento e a qualidade das culturas, reduzindo ao mesmo tempo a utilização e o impacto de produtos químicos sintéticos, tais como fertilizantes, pesticidas e reguladores de crescimento. [1] Uma das soluções possíveis é a utilização de fitohormônios e micróbios benéficos, que são bioestimulantes naturais e ecológicos que podem melhorar o crescimento e desenvolvimento das plantas, modulando seus processos fisiológicos e bioquímicos.

O que são fitohormônios e micróbios benéficos e como funcionam?

Os fitohormônios são compostos orgânicos produzidos por plantas ou microrganismos e atuam como moléculas sinalizadoras que regulam vários aspectos do crescimento e desenvolvimento das plantas, como divisão celular, diferenciação, alongamento, floração, frutificação, senescência e resposta ao estresse. Os fitohormônios podem ser classificados em diferentes grupos, como auxinas, citocininas, giberelinas, etileno, ácido abscísico, brassinosteroides, jasmonatos e ácido salicílico. Cada grupo de fitohormônios tem função e modo de ação específicos, mas também podem interagir entre si para modular seus efeitos.

Micróbios benéficos são microrganismos que vivem em associação com plantas e proporcionam benefícios aos seus hospedeiros, como aumentar a absorção de nutrientes, melhorar a saúde do solo, induzir imunidade às plantas e suprimir patógenos de plantas. Os micróbios benéficos podem ser divididos em duas categorias principais: rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (PGPR) e fungos micorrízicos arbusculares (FMA). PGPR são bactérias que colonizam a superfície da raiz ou a rizosfera (a zona do solo influenciada pela raiz) e produzem fitohormônios, enzimas, sideróforos, antibióticos e compostos orgânicos voláteis que podem estimular o crescimento das plantas e protegê-las de estresses bióticos e abióticos. Os FMAs são fungos que formam relações simbióticas com as raízes da maioria das plantas e formam uma rede de hifas (filamentos fúngicos) que se estendem além do sistema radicular e aumentam a área de superfície para absorção de nutrientes e água, bem como transferem fitohormônios e outros metabólitos entre as plantas. planta e o fungo.

A combinação de fitohormônios e micróbios benéficos pode criar um efeito sinérgico que pode melhorar o desempenho e a resiliência das culturas, influenciando vários aspectos da fisiologia e do metabolismo das plantas, tais como: [2]

• Aquisição de nutrientes: Fitohormônios e micróbios benéficos podem aumentar a disponibilidade e absorção de nutrientes essenciais, como nitrogênio, fósforo, potássio, ferro e zinco, alterando a morfologia, arquitetura e exsudação da raiz, bem como solubilizando, quelando ou fixando os nutrientes no solo. Por exemplo, as auxinas podem estimular o crescimento e a ramificação das raízes, as citocininas podem aumentar a formação e a densidade dos pêlos das raízes, as giberelinas podem aumentar o alongamento e a profundidade das raízes e o etileno pode induzir o inchaço e a nodulação das raízes. O PGPR pode produzir enzimas, como fosfatases, ureases e nitrogenases, que podem hidrolisar ou fixar as formas orgânicas ou inorgânicas dos nutrientes, e sideróforos, que podem ligar e transportar ferro. Os FMAs podem ampliar o sistema radicular e aumentar a área de contato com o solo, além de trocar nutrientes com a planta através dos arbúsculos (estruturas especializadas formadas no interior das células radiculares). [3]
• Tolerância ao estresse: Os fitohormônios e os micróbios benéficos podem melhorar a resistência e a adaptação das plantas a vários estresses abióticos e bióticos, como seca, salinidade, temperatura, metais pesados e patógenos, modulando a expressão e a atividade de genes, enzimas e metabólitos. envolvidos na resposta ao estresse. Por exemplo, o ácido abscísico pode induzir o fechamento estomático e o ajuste osmótico, os jasmonatos podem ativar a síntese de antioxidantes e proteínas de defesa, o ácido salicílico pode desencadear a resistência sistêmica adquirida e a resposta de hipersensibilidade, e os brassinosteróides podem aumentar a estabilidade da membrana e a desintoxicação de espécies reativas de oxigênio. O PGPR pode produzir fitohormônios, como ácido abscísico, jasmonatos e ácido salicílico, que podem imitar ou amplificar a resposta ao estresse da planta, e também produzir compostos orgânicos voláteis, como acetoína, dissulfeto de dimetila e 2,3-butanodiol, que podem mitigar o dano oxidativo e modular a expressão gênica da planta. Os FMA podem melhorar o estado hídrico e nutricional da planta, e também produzir fitohormônios, como ácido abscísico, jasmonatos e ácido salicílico, que podem regular a resposta ao estresse da planta, e também induzir a expressão de genes relacionados às proteínas relacionadas à patogênese. e a via dos fenilpropanóides. [1]
• Promoção do crescimento: Os fitohormônios e os micróbios benéficos podem estimular o crescimento e o desenvolvimento das plantas, melhorando a fotossíntese, a respiração, a transpiração e a produção de biomassa, bem como a floração, a frutificação e a formação de sementes, regulando a síntese e a atividade de várias moléculas. e caminhos envolvidos nesses processos. Por exemplo, as auxinas podem promover o alongamento e expansão celular, as citocininas podem promover a divisão e diferenciação celular, as giberelinas podem promover o alongamento do caule e a germinação das sementes, e o etileno pode promover o amadurecimento e a senescência dos frutos. O PGPR pode produzir fitohormônios, como auxinas, citocininas e giberelinas, que podem modular o crescimento e desenvolvimento das plantas, e também produzir enzimas, como a 1-aminociclopropano-1-carboxilato (ACC) desaminase, que pode diminuir o nível de etileno e prevenir a inibição do crescimento induzida pelo etileno. Os FMA podem aumentar a taxa fotossintética e o conteúdo de clorofila da planta, e também produzir fitohormônios, como auxinas, citocininas e giberelinas, que podem regular o crescimento e desenvolvimento das plantas. [1]

Quais são os desafios e perspectivas do uso de fitohormônios e micróbios benéficos para a agricultura sustentável?

Os fitohormônios e os micróbios benéficos são bioestimulantes naturais e ecológicos que podem melhorar o crescimento e o desenvolvimento das plantas, modulando seus processos fisiológicos e bioquímicos. Muitas culturas podem beneficiar de fitohormonas e micróbios benéficos, especialmente aquelas que são cultivadas sob condições stressantes, tais como seca, salinidade, temperatura, deficiência de nutrientes ou ataque de pragas e doenças. Alguns desafios que devem ser considerados ao aplicar fitohormônios e micróbios benéficos são:

• Otimização: O tipo, concentração, combinação e momento ideais de aplicação de fitohormônios e micróbios benéficos podem variar dependendo da espécie de cultura, variedade e condições de cultivo. Portanto, é necessário realizar experimentos sistemáticos e abrangentes para determinar o melhor tratamento com fitohormônios e micróbios benéficos para cada sistema de cultivo.
• Custo-eficácia: O custo e a disponibilidade de fitohormônios e micróbios benéficos podem afetar a viabilidade económica e a escalabilidade da utilização de fitohormônios e micróbios benéficos para a agricultura sustentável. Portanto, é importante desenvolver métodos de baixo custo e alta eficiência de produção e aplicação de fitohormônios e micróbios benéficos, como o uso da biotecnologia ou da nanotecnologia.
• Impacto ambiental: A utilização de fitohormonas e micróbios benéficos pode ter alguns efeitos negativos no ambiente, tais como causar fitohormônios e poluição microbiana, alterar o equilíbrio natural de fitohormônios e micróbios e afetar a biodiversidade e a ecologia dos solos e dos ecossistemas vegetais. Portanto, é essencial avaliar a segurança ambiental e a sustentabilidade do uso de fitohormônios e micróbios benéficos para uma agricultura sustentável.

Apesar destes desafios, a utilização de fitohormônios e micróbios benéficos para a agricultura sustentável tem um grande potencial e perspectivas, pois pode:

• Aumentar a produtividade e a resiliência dos sistemas agrícolas, aumentando o rendimento e a qualidade das culturas, melhorando a tolerância e a estabilidade ao stress e otimizando o crescimento e desenvolvimento das plantas.
• Complementar e criar sinergias com outros métodos de melhoria da agricultura sustentável, como a agricultura biológica, a agricultura de precisão e a gestão integrada de pragas, fornecendo formas adicionais ou alternativas de gestão da nutrição, saúde e crescimento das culturas.
• Contribuir para o desenvolvimento e inovação da biotecnologia agrícola, fornecendo novos conhecimentos e oportunidades para a compreensão e manipulação dos mecanismos moleculares e celulares das interações planta-micróbio e da sinalização de fitohormônios. [2, 3]

Quais são alguns exemplos de culturas que podem beneficiar de fitohormônios e micróbios benéficos?

Os fitohormônios e os micróbios benéficos são bioestimulantes naturais e ecológicos que podem melhorar o crescimento e o desenvolvimento das plantas, modulando seus processos fisiológicos e bioquímicos. Muitas culturas podem beneficiar de fitohormônios e micróbios benéficos, especialmente aquelas que são cultivadas sob condições stressantes, tais como seca, salinidade, temperatura, deficiência de nutrientes ou ataque de pragas e doenças. Alguns exemplos de culturas que podem beneficiar de fitohormônios e micróbios benéficos são:

• Cereais : Trigo, arroz, milho, cevada, sorgo e milho-miúdo são algumas das culturas de cereais mais importantes que fornecem alimentos e rações para seres humanos e animais. Os fitohormônios e os micróbios benéficos podem aumentar o rendimento e a qualidade dos cereais, aumentando a absorção de nutrientes, a fotossíntese, a tolerância ao estresse e a resistência a doenças. Por exemplo, auxinas, citocininas e giberelinas podem promover o enchimento de grãos e a germinação de sementes de cereais. [2] O PGPR e o AMF podem aumentar a disponibilidade e absorção de azoto e fósforo pelos cereais. [4, 5]

• Leguminosas: Soja, amendoim, grão de bico, lentilha, ervilha e feijão são algumas das principais culturas leguminosas ricas em proteínas e óleo. Os fitohormônios e os micróbios benéficos podem melhorar o crescimento e a produtividade das leguminosas, estimulando a nodulação das raízes, a fixação de nitrogênio e a formação de sementes. Por exemplo, auxinas, citocininas e etileno podem regular a interação simbiótica entre leguminosas e rizóbios, que são bactérias que podem fixar o nitrogênio atmosférico nos nódulos radiculares das leguminosas. [6] O PGPR e o AMF também podem melhorar a nodulação e a fixação de nitrogênio das leguminosas. [7]
• Sementes oleaginosas: Girassol, colza, canola, cártamo e gergelim são algumas das importantes culturas oleaginosas que produzem óleos comestíveis e industriais. Os fitohormônios e os micróbios benéficos podem aumentar o rendimento e a qualidade do óleo das sementes oleaginosas, aumentando sua biomassa, floração e conteúdo de óleo de semente. Por exemplo, auxinas, citocininas e giberelinas podem aumentar o número e o tamanho das flores e sementes de oleaginosas. PGPR e AMF podem aumentar o teor de óleo e a composição de ácidos graxos das sementes oleaginosas.
• Frutas: Maçã, banana, uva, frutas cítricas, manga e morango são algumas das frutas populares que são consumidas frescas ou processadas. Fitohormônios e micróbios benéficos podem aumentar o rendimento e a qualidade dos frutos, afetando sua floração, frutificação, desenvolvimento e amadurecimento dos frutos. Por exemplo, auxinas, citocininas e giberelinas podem aumentar a frutificação e o tamanho dos frutos. O etileno pode induzir o amadurecimento dos frutos e o desenvolvimento da cor dos frutos. PGPR e AMF podem melhorar a qualidade e a vida útil das frutas.
• Legumes: Tomate, batata, cebola, cenoura, repolho e alface são algumas das hortaliças comuns que são consumidas cruas ou cozidas. Os fitohormônios e os micróbios benéficos podem melhorar o rendimento e a qualidade dos vegetais, influenciando o crescimento vegetativo, a formação de tubérculos, o desenvolvimento de bulbos e a produção de folhas. Por exemplo, auxinas, citocininas e giberelinas podem aumentar o rendimento de tubérculos e bulbos e a qualidade da batata e da cebola. O etileno pode aumentar a senescência e abscisão foliar da alface. O PGPR e o AMF podem aumentar o teor de biomassa e nutrientes dos vegetais.

Estes são apenas alguns dos exemplos de culturas que podem beneficiar de fitohormonas e micróbios benéficos. Há muito mais culturas que podem ser melhoradas com a utilização destes bioestimulantes naturais e ecológicos, que podem ajudar a alcançar uma agricultura sustentável. [2, 4]

Fitohormônios e Micróbios Benéficos – Como as auxinas, citocininas e giberelinas atuam nas plantas?

São três grupos de fitohormônios, compostos naturais ou sintéticos que regulam o crescimento e o desenvolvimento das plantas. Aqui está um resumo de suas funções e efeitos:

• As auxinas são produzidas principalmente no meristema apical do caule, a ponta crescente do caule, e são transportadas para outras partes da planta. As auxinas podem promover o alongamento e expansão celular, o crescimento e ramificação das raízes, a dominância apical (a supressão dos botões laterais pelo caule principal) e o desenvolvimento dos frutos. As auxinas também podem influenciar o fototropismo (a curvatura da planta em direção à luz) e o gravitropismo (a curvatura da planta em resposta à gravidade) da planta, causando crescimento diferencial das células nos lados opostos do caule ou raiz. [8]
• As citocininas são produzidas principalmente no meristema apical da raiz, a ponta crescente da raiz, e são transportadas para outras partes da planta. As citocininas podem promover a divisão e diferenciação celular, o crescimento e ramificação dos rebentos, o desenvolvimento e a senescência das folhas (envelhecimento e morte da folha) e a síntese de clorofila. As citocininas também podem influenciar o equilíbrio entre o crescimento da raiz e da parte aérea, neutralizando o efeito das auxinas. Por exemplo, uma proporção elevada de citocininas para auxinas pode estimular o crescimento de botões laterais, enquanto uma proporção baixa pode inibi-lo . [8]
• As giberelinas são produzidas em vários tecidos da planta, como folhas jovens, sementes e flores, e são transportadas para outras partes da planta. As giberelinas podem promover o alongamento e espessura do caule, a germinação e dormência das sementes, o início e o desenvolvimento das flores e o crescimento e amadurecimento dos frutos. As giberelinas também podem influenciar a resposta da planta a fatores ambientais, como luz, temperatura e duração do dia. Por exemplo, as giberelinas podem induzir a floração de plantas de dias longos (plantas que florescem quando a duração do dia é superior a um período crítico) em condições de dias curtos. [8]

Estas são algumas das principais funções e efeitos das auxinas, citocininas e giberelinas nas plantas. Porém, esses fitohormônios não atuam isoladamente, mas interagem entre si e com outros fitohormônios, como etileno, ácido abscísico e brassinosteroides, para modular seus efeitos. A resposta da planta aos fitohormônios depende do tipo, concentração e combinação de fitohormônios, bem como do estágio de desenvolvimento e condição fisiológica da planta [9]

Como os fitohormônios interagem com os micróbios benéficos nas plantas?

Os fitohormônios são compostos naturais ou sintéticos que regulam o crescimento e desenvolvimento das plantas. Micróbios benéficos são microrganismos que vivem em associação com plantas e proporcionam benefícios aos seus hospedeiros, como aumentar a absorção de nutrientes, melhorar a saúde do solo, induzir imunidade às plantas e suprimir patógenos de plantas. Os fitohormônios e os micróbios benéficos interagem entre si de várias maneiras, como:

• Os fitohormônios podem influenciar a colonização e atividade de micróbios benéficos na superfície da planta ou nos tecidos vegetais, alterando a morfologia, exsudação e sinalização das raízes, bem como o sistema imunológico da planta. [2, 4]

Por exemplo, as auxinas podem promover a colonização e nodulação das raízes pelos rizóbios, que são bactérias que podem fixar o nitrogênio atmosférico nos nódulos das raízes das leguminosas. [9]

As citocininas podem modular a interação simbiótica entre plantas e fungos micorrízicos arbusculares (FMA), que são fungos que formam uma rede de hifas que se estendem além do sistema radicular e aumentam a área de superfície para absorção de nutrientes e água. [10]

• Micróbios benéficos podem produzir fitohormônios ou modular os níveis endógenos e o equilíbrio de fitohormônios nas plantas, sintetizando, degradando ou transportando fitohormônios, ou afetando a expressão e atividade de genes e enzimas biossintéticos e de sinalização de fitohormônios . [2, 4]

Por exemplo, rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (PGPR) podem produzir auxinas, citocininas e giberelinas, que podem estimular o crescimento e desenvolvimento das plantas. AMF pode produzir ácido abscísico, jasmonatos e ácido salicílico, que podem regular a resposta ao estresse das plantas. [2]

A interação entre fitohormônios e micróbios benéficos pode criar um efeito sinérgico que pode melhorar o desempenho e a resiliência das plantas, influenciando vários aspectos da fisiologia e do metabolismo vegetal, como aquisição de nutrientes, tolerância ao estresse e promoção do crescimento. [2, 4]

Exemplo de aplicação em larga escala de fitohormônios e micróbios benéficos

Um dos exemplos é o uso de fitohormônios e micróbios benéficos para melhorar o crescimento e a produção do arroz, que é um dos cereais mais importantes do mundo. O arroz é frequentemente cultivado sob condições estressantes, como seca, salinidade, deficiência de nutrientes e ataque de pragas e doenças, o que pode reduzir a produtividade e a qualidade do arroz. Para fazer face a estes desafios, os agricultores podem aplicar fitohormônios e micróbios benéficos às plantas de arroz, quer como tratamentos de sementes, corretivos do solo ou pulverizações foliares, para melhorar a absorção de nutrientes, a fotossíntese, a tolerância ao stress e a resistência a doenças. [7, 11]

Por exemplo, auxinas, citocininas e giberelinas podem promover o crescimento das raízes, a formação de perfilhos e o enchimento de grãos de arroz. [

O PGPR e o FMA podem aumentar a disponibilidade e absorção de nitrogênio e fósforo pelo arroz, bem como induzir a resistência sistêmica contra a queima bacteriana das folhas e a brusone do arroz. [10, 5]

O etileno pode aumentar a tolerância do arroz à seca e ao sal, aumentando a expressão de genes responsivos ao estresse e o acúmulo de osmoprotetores. [11]

O ácido salicílico pode aumentar a tolerância ao calor do arroz, aumentando a atividade de enzimas antioxidantes e a síntese de proteínas de choque térmico.

Ao utilizar fitohormônios e micróbios benéficos, os produtores de arroz podem aumentar o rendimento e a qualidade do arroz, ao mesmo tempo que reduzem a utilização e o impacto de produtos químicos sintéticos, como fertilizantes, pesticidas e reguladores de crescimento. Isto pode ajudar a alcançar uma produção sustentável de arroz, o que pode contribuir para a segurança alimentar e a proteção ambiental. [12]

Em suma, Os fitohormônios e os micróbios benéficos são bioestimulantes naturais e ecológicos que podem melhorar o crescimento e o desenvolvimento das plantas, modulando seus processos fisiológicos e bioquímicos. Ao aplicar fitohormônios e micróbios benéficos às culturas, é possível aumentar a produtividade e a resiliência das culturas, influenciando vários aspectos da fisiologia e do metabolismo das plantas, tais como a aquisição de nutrientes, a tolerância ao stress e a promoção do crescimento. A utilização de fitohormônios e micróbios benéficos para a agricultura sustentável é uma abordagem nova e promissora, mas também enfrenta alguns desafios e limitações, tais como otimização, relação custo-eficácia e impacto ambiental. Portanto, são necessários mais investigação e desenvolvimento para melhorar a compreensão e aplicação de fitohormônios e micróbios benéficos para a agricultura sustentável, e para explorar o potencial e as perspectivas desta abordagem para a biotecnologia agrícola.

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Referências:

[1] Poveda, J., González-Andrés, F. Bacillus as a source of phytohormones for use in agriculture. Appl Microbiol Biotechnol 105, 8629–8645 (2021). https://doi.org/10.1007/s00253-021-11492-8

[2]  Egamberdieva, D., Wirth, S. J., Alqarawi, A. A., F., E., & Hashem, A. (2017). Phytohormones and Beneficial Microbes: Essential Components for Plants to Balance Stress and Fitness. Frontiers in Microbiology, 8, 278255. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02104

[3[ Bano, A., Waqar, A., Khan, A., & Tariq, H. (2022). Phytostimulants in sustainable agriculture. Frontiers in Sustainable Food Systems, 6, 801788. https://doi.org/10.3389/fsufs.2022.801788

[4] Dhar, N., Gopalan, N.S.R., Nikhil, P.T., Mohapatra, S. (2022). Role of Phytohormones in Plant-Microbial Interaction. In: Aftab, T. (eds) Auxins, Cytokinins and Gibberellins Signaling in Plants. Signaling and Communication in Plants. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-05427-3_14

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[8] Sosnowski, J., Truba, M., & Vasileva, V. (2023). The Impact of Auxin and Cytokinin on the Growth and Development of Selected Crops. Agriculture, 13(3), 724. https://doi.org/10.3390/agriculture13030724.

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[12] Pandey, P., Tripathi, A., Dwivedi, S., Lal, K., & Jhang, T. (2023). Deciphering the mechanisms, hormonal signaling, and potential applications of endophytic microbes to mediate stress tolerance in medicinal plants. Frontiers in Plant Science, 14, 1250020. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1250020.