Os cientistas sabem há muito tempo que as plantas inspiram ar através de pequenas aberturas nas folhas, chamadas estômatos. Esses minúsculos poros atuam como válvulas ajustáveis, permitindo que o dióxido de carbono entre nas folhas para a fotossíntese, ao mesmo tempo que permite que o vapor de água escape para o ar. Até agora, acompanhar de perto este ato de equilíbrio à medida que ele ocorre tem sido extremamente difícil.
Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign criaram agora um novo e poderoso sistema que torna isso possível. Sua pesquisa foi publicada na revista fisiologia vegetalapresenta uma ferramenta chamada “Stomata In-Sight”. Ele supera um grande obstáculo na ciência das plantas, permitindo aos cientistas observar os pequenos movimentos dos estômatos e, ao mesmo tempo, medir a quantidade de gases que as folhas trocam com a atmosfera sob condições rigorosamente controladas.
Por que os estômatos são importantes para as colheitas e para o uso da água
Estômatos (palavra grega para “boca”) desempenham um papel central na agricultura em todo o mundo. Quando esses poros se abrem, a planta absorve o carbono necessário para crescer. Mas este processo também provoca perda de água. Devido a esta compensação, o número de estômatos em uma folha e a forma como ela abre e fecha afetam diretamente a eficiência com que a planta utiliza a água.
Compreender este processo é fundamental para desenvolver culturas que possam ser cultivadas com menos água e que ainda produzam alimentos, biocombustíveis e bioprodutos de forma fiável, especialmente em regiões que enfrentam secas. Como explica a equipe, “Tradicionalmente, tínhamos que escolher entre observar os estômatos ou medir sua função”.
Os primeiros métodos muitas vezes dependiam de impressões de folhas (como moldes dentários), que mostram apenas um momento congelado no tempo. Outros métodos utilizam microscópios padrão, que podem observar as folhas, mas não podem controlar o ambiente circundante. Esta restrição é importante porque os estômatos respondem rapidamente às mudanças nos níveis de luz, temperatura, umidade e dióxido de carbono.
Janela de observação para folhas móveis
O novo sistema “Stomata In-Sight” reúne três tecnologias avançadas em uma única configuração:
-
microscopia confocal em tempo real
Este método de imagem baseado em laser produz imagens tridimensionais nítidas de células vegetais vivas sem cortar tecido. -
Medições de troca gasosa foliar
Instrumentos altamente sensíveis rastreiam com precisão a quantidade de dióxido de carbono que as folhas absorvem e a quantidade de vapor de água que elas liberam. -
controle ambiental
Câmaras especializadas permitem que os pesquisadores ajustem com precisão a luz, a temperatura, a umidade e o dióxido de carbono para simular condições de cultivo do mundo real.
Ao combinar estas ferramentas, os cientistas podem observar diretamente como os estômatos se comportam à medida que as condições ambientais mudam, fornecendo uma visão em tempo real das respostas das plantas que antes era impossível.
Por que esse avanço é importante
Observações detalhadas da função das plantas poderiam remodelar a forma como as culturas são cultivadas. Ao identificar os sinais físicos e químicos que dizem aos estômatos quando abrir ou fechar, e ao compreender como a densidade dos estômatos afeta esse comportamento, os pesquisadores podem identificar características genéticas associadas a plantas “inteligentes” – culturas que utilizam a água de forma mais eficiente.
Isto é particularmente importante porque a disponibilidade de água é o maior constrangimento ambiental à produção agrícola. Melhorar a eficiência hídrica pode ajudar as culturas a resistir ao aumento do stress provocado pelo calor e pela seca.
O sistema foi desenvolvido por Joseph D. Crawford, Dustin Mayfield-Jones, Glenn A. Fried, Nicolas Hernandez e Andrew DB Leakey do Departamento de Biologia Vegetal e Instituto de Biologia do Genoma da Universidade de Illinois.
Sobre pesquisa
A pesquisa foi apoiada pelo Centro Avançado de Inovação em Bioenergia e Bioprodutos do Departamento de Energia dos EUA, pela National Science Foundation e por doações filantrópicas. As descobertas foram publicadas em um artigo de acesso aberto intitulado “Stomata In-Sight: Combinando microscopia confocal em tempo real com troca gasosa foliar e controle ambiental”, publicado em fisiologia vegetal.
