- Abstract
- Introdução: o quadro conceptual
- N-fertilizantes e melhoria da agricultura
- Assimilação fotossintética de carbono e nitrogênio e fornecimento de N
- assimilação de CO2
- Crescimento e composição das folhas
- Crescimento, rendimento e N
- Potencial genético
- N curvas de resposta a N
- Indicadores do estado de N e metabolismo na agricultura
- Azoto modelador no ambiente e planta
- Futuras possibilidades
- Conhecimento
- Author notes
Abstract
A compreensão melhorada dos sistemas de produção de culturas em relação ao fornecimento de N tem vindo de um conhecimento básico da bioquímica e fisiologia das plantas. A expressão dos genes leva à síntese de proteínas e à formação de sistemas metabólicos; o metabolismo subsequente determina a capacidade de crescimento, desenvolvimento e produção de rendimento. Isto constitui o potencial genético. Estes processos estabelecem os requisitos para o fornecimento de recursos. As interações entre dióxido de carbono (CO2) e nitrato (
) a assimilação e sua dinâmica são de importância fundamental para a produção de culturas. Em particular, um suprimento adequado de
, sua assimilação aos aminoácidos (para os quais são necessários compostos de carbono fotossintetizados) e sua disponibilidade para a síntese de proteínas, são essenciais para o metabolismo. Um suprimento adequado de
estimula o crescimento e a fotossíntese das folhas, o primeiro via crescimento e divisão celular, o segundo por maiores conteúdos de componentes das reações à luz, e os da assimilação de CO2 e processos relacionados. Se a oferta de recursos excede a demanda estabelecida pelo potencial genético, então a produção é máxima, mas se for menor, então o potencial não é alcançado; combinar recursos com potencial é o objetivo da agricultura. No entanto, a ligação entre metabolismo e rendimento é mal quantificada. As características bioquímicas e os modelos de simulação devem ser melhor utilizados e combinados para melhorar a aplicação de fertilizante-N, a eficiência do uso de N, e os rendimentos. Aumentar a absorção de N no suprimento inadequado de N pelo aumento do volume e densidade do enraizamento é viável, aumentando a afinidade é menor. Isso aumentaria a biomassa e a relação N/C. Com N adequado, em todo o potencial genético, mais Cassimilação por unidade de N aumentaria a biomassa, mas a energia seria limitada em toda a copa. Aumentar a imitação de C por unidade N aumentaria a biomassa, mas diminuiria o N/C tanto no fornecimento de N/C grande como no pequeno. O aumento da produção de todos os componentes bioquímicos aumentaria a biomassa e a procura de N, e manteria a relação N/C. A mudança de C ou N-assimilação requer modificações em muitos processos para que haja melhorias em todo o sistema; é improvável que a engenharia genética/alterações biológicas moleculares em etapas únicas do metabolismo central o consigam, porque as metas não são claras, e também devido às complexas interacções entre os processos e o ambiente. Atingir os objetivos de longo prazo de melhorar o uso e rendimento das culturas N com menos insumos e menos poluição, através da agronomia, reprodução ou engenharia genética, requer uma melhor compreensão de todo o sistema, desde os genes via metabolismo até o rendimento.
Introdução: o quadro conceptual
Durante o ciclo autocatalítico de crescimento e reprodução de plantas superiores, o embrião na semente cresce, em condições adequadas, para formar uma planta com folhas e raízes. As folhas contêm a complexa maquinaria bioquímica fotossintética capaz de capturar a luz e utilizar a energia para a assimilação redutora de dióxido de carbono (CO2) e iões nitrato (
) com a formação de hidratos de carbono e aminoácidos, respectivamente (Foyer et al., 2001; Lawlor, 1994). As raízes capturam água e nutrientes minerais que são necessários para o metabolismo; aqui o foco é o fornecimento de nitrogênio. Para simplificar apenas o fornecimento e metabolismo do nitrato é discutido: os papéis do amoníaco como NH3 ou como
(Macduff et al., 1987; Ter Steege et al., 2001), N2-fixação das associações planta-rizóbio, e a absorção de N orgânico não são considerados. Os C e N-assimilados produzidos são exportados para as regiões de crescimento da planta onde são incorporados em novas células e tecidos vegetativos, dando origem a órgãos reprodutivos e sementes, completando assim o ciclo de crescimento (Ourry et al., 2001).
A planta funciona como um sistema completo com equilíbrio entre o rebento e a raiz na captação de recursos e na troca de assimilados a longo prazo, mas a compreensão quantitativa destes processos e como são regulados é limitada. A Figura 1 resume as interações. Os processos e fluxos de N- e C-assimilados dependem do fornecimento de recursos do ambiente e das condições nele existentes. A discussão sobre o papel do metabolismo básico é frequentemente divorciada da determinação do rendimento das culturas, devido ao foco dos praticantes e à necessidade de abordar pontos específicos do sistema para fins de pesquisa. No entanto, como o rendimento é uma consequência da bioquímica, os dois estão intimamente ligados (Lawlor et al., 2001). Do ponto de vista do rendimento da produção agrícola é o aspecto mais importante, para a produção anual mundial de c. 1,6 bilhões de toneladas de grãos de trigo, milho e arroz fornece a maior parte da energia e nutrientes para o consumo humano. A produção de grandes rendimentos de produtos de alta qualidade com o mínimo de recursos, especialmente fertilizantes N, é o objetivo principal.
Esta revisão tenta reunir diferentes aspectos do metabolismo e fisiologia das plantas e o papel do N nos processos que conduzem à produção de rendimento. Enfatiza a importância de uma compreensão mecanicista de todas as partes do sistema e, em particular, da integração do conhecimento para que os objetivos gerais de uma maior produção agrícola com um uso mínimo de N sem poluição ambiental sejam alcançados. Argumenta-se que o foco indevido em determinadas partes do sistema leva a uma avaliação deficiente dos processos potencialmente limitadores e negligência de processos importantes.
Diagrama esquemático das interações entre os diferentes processos e subsistemas da planta que levam à produção de matéria seca e rendimento (de Lawlor, 1994). A luz fornece a energia para a assimilação fotossintética do CO2 atmosférico na folha, produzindo assimilados de carbono (carbono) que são usados na redução de nitrato (NR) na folha (e também na raiz). O
é obtido do solo. Dentro da planta os assimilados de carbono e aminoácidos produzidos são distribuídos aos órgãos em crescimento onde fornecem os substratos para todos os aspectos do metabolismo e crescimento. Se a oferta de assimilados for inferior à procura, então o metabolismo, a composição dos tecidos e o crescimento são prejudicados. Se em excesso, então os aminoácidos e outros metabólitos, e o nitrato, acumulam-se. Para aumentar o crescimento da planta quando N é limitante, mais
deve ser absorvido. Quando a absorção de N é maior que a demanda, então o crescimento está no potencial e capacidade adicional deve ser formada nos órgãos em crescimento.
Diagrama esquemático das interações entre os diferentes processos e subsistemas da planta que levam à produção de matéria seca e rendimento (de Lawlor, 1994). A luz fornece a energia para a assimilação fotossintética do CO2 atmosférico na folha, produzindo assimilados de carbono (carbono) que são utilizados na redução de nitrato (NR) na folha (e também na raiz). O
é obtido a partir do solo. Dentro da planta os assimilados de carbono e aminoácidos produzidos são distribuídos aos órgãos em crescimento onde fornecem os substratos para todos os aspectos do metabolismo e crescimento. Se a oferta de assimilados for inferior à procura, então o metabolismo, a composição dos tecidos e o crescimento são prejudicados. Se em excesso, então os aminoácidos e outros metabólitos, e o nitrato, acumulam-se. Para aumentar o crescimento da planta quando N é limitante, mais
deve ser absorvido. Quando a absorção de N é maior que a demanda, então o crescimento está no potencial e a capacidade adicional deve ser formada nos órgãos em crescimento.
N-fertilizantes e melhoria da agricultura
A necessidade de melhor compreensão dos mecanismos básicos relacionados ao N para a produção de culturas e para melhorias no uso de N é demonstrada considerando a situação atual da agricultura mundial e sua dependência de fertilizantes N produzidos industrialmente (Bacon, 1995). A agricultura agora explora grande parte das terras mais férteis da terra, utiliza grande parte da água disponível e requer insumos substanciais de fertilizantes. Alguns destes (por exemplo, fosfatos) são extraídos, mas o N inorgânico deriva da conversão industrial de N2 para NH3 para fazer uréia, nitratos, etc. A fixação industrial de N-fixo está próxima da fixação natural de N2 na biosfera. Há necessidade de uma maior produção de alimentos sem uma expansão das terras agrícolas (limitadas por outros fatores como o abastecimento de água) e com menos fertilizantes, cuja síntese utiliza grandes quantidades de energia proveniente de combustíveis fósseis. A redução do uso de menos fertilizantes N diminuirá os custos e a poluição, que é uma consequência dos métodos de síntese e da ineficiente aplicação e absorção pelos cultivos; o cumprimento destes objetivos é urgentemente necessário (Ter Steege et al., 2001). Contudo, a redução do uso de fertilizantes entra em conflito com a necessidade de um maior rendimento das culturas. Os rendimentos dos principais produtos básicos, por exemplo, o trigo, não aumentaram na última década (Evans, 1998). Assim, com a crescente demanda por alimentos de uma população humana em rápido crescimento, o potencial de escassez de alimentos em todo o mundo deve aumentar. Para superar os problemas sociais potencialmente perigosos da escassez de alimentos e da degradação e poluição ambiental, os rendimentos agrícolas por unidade de terra devem ser aumentados ao mesmo tempo em que se reduz a dependência de fertilizantes aplicados (Evans, 1998). Uma grande parte da agricultura global usa fertilizantes N de forma muito ineficiente (mesmo em economias desenvolvidas), muitas vezes porque outras condições ambientais estão limitando a melhoria do ambiente de cultivo e da tecnologia de aplicação de N, bem como a aplicação das melhores práticas atuais, poderiam reduzir as perdas e aumentar a produção (Bacon, 1995). O conhecimento atual de como as plantas metabolizam N e do comportamento do N no ambiente é provavelmente adequado para isso, embora sejam necessárias melhorias na compreensão do sistema como um todo (ver discussão posterior da modelagem). Melhorias no potencial genético de rendimento, que não tem sido melhorado por décadas de selecção de melhoramento, de forma a alcançar uma melhor produção total com menos N e outros recursos seria desejável (ver as discussões relacionadas com o aumento da produção de arroz em Sheehy et al., 2000). No entanto, mesmo que isso fosse possível, seria necessária uma intensificação da criação de arroz de seleção. No caso da modificação genética, provavelmente é necessário muito mais conhecimento e apoio financeiro, e mais desenvolvimentos tecnológicos, apesar de algumas evidências de sucesso (Ku et al., 2000) para a tecnologia atual serem relativamente não testadas (Matsuoka et al., 2000) e o tempo necessário para a aplicação efetiva ser provavelmente longo. A probabilidade de sucesso é difícil de avaliar; isto também se aplica à selecção de reprodutores dada a muito mais lenta, ou inexistente, taxa de aumento de rendimento e potencial de rendimento. As características genéticas podem ser especificamente alteradas para aumentar a produção e sua eficiência, mas as metas de modificação devem ser claramente identificadas. A aplicação de técnicas moleculares ajudará nisto e nos programas de melhoramento genético, com os principais genes e loci quantitativos que controlam os traços agronómicos a serem identificados e localizados em mapas genéticos abrangentes (Snape, 1996). Entretanto, o papel do N nas culturas é tão fundamental que estas abordagens devem ser combinadas com uma compreensão detalhada da bioquímica e fisiologia das plantas.
Assimilação fotossintética de carbono e nitrogênio e fornecimento de N
O papel do N na produção agrícola está intimamente ligado à fotossíntese. Na fotossíntese, a ‘energia física’ dos fótons é convertida em ‘energia química’ do ATP e em intermediários metabólicos reduzidos, principalmente NADPH, que são utilizados na síntese de carbono e nitrogênio assimilados de muitos tipos diferentes, particularmente carboidratos e aminoácidos (Foyer et al., 2001). Estes “combustíveis” são a síntese de componentes bioquímicos de órgãos e, em última análise, fornecem a estrutura de toda a planta (Lawlor et al., 2001). Os mecanismos básicos de produção de assimilação são considerados por serem centrais para o entendimento da produção das culturas.
assimilação de CO2
assimilação de CO2 em relação à composição foliar e fornecimento de N foi extensivamente revisada (Evans, 1983; Sage et al., 1987; Lawlor et al., 2001) e pode ser resumida assim: N determina a síntese de aminoácidos e, portanto, de proteínas (ver mais adiante) e, finalmente, de todos os componentes celulares. Uma rápida taxa de assimilação de CO2 requer quantidades correspondentemente grandes de muitos componentes dos cloroplastos, particularmente os complexos clorofila-proteína de colheita de luz (LHCP), o transporte de electrões e os componentes redutores de NADP+ de tilacóides, e a enzima assimiladora de CO2 ribulose bisfosfato carboxilase-oxigenase (Rubisco), mais outras enzimas necessárias para a assimilação de CO2 no estroma. As características básicas (massa molecular, estrutura) das proteínas são determinadas geneticamente. No entanto, muitas enzimas são reguladas de forma muito complexa por factores ambientais e vegetais (por exemplo, luz e fosforilação proteica, respectivamente). Tanto as quantidades e actividades das proteínas e outros componentes dos órgãos, como o tamanho dos órgãos determinam a capacidade total do metabolismo. Para alcançar grandes taxas de assimilação de CO2 por unidade de área de folha, são necessárias grandes quantidades de moléculas de componentes. Algumas proteínas têm elevada massa molecular em relação à sua actividade, pelo que quantidades consideráveis de proteínas estão presentes nas folhas (grande massa por unidade de área foliar). Para capturar eficazmente a energia utilizada na fotossíntese, por exemplo, é necessária uma grande quantidade de clorofila por unidade de área e é ‘suportada’ por proteínas (complexos clorofilo-proteínas de colheita leve, LHCP, nos tilacóides), portanto os tilacóides contêm muito N. A principal proteína do cloroplasto e da folha (particularmente nas plantas C3; Evans, 1983; Sage et al, 1987) é Rubisco, que catalisa a reação entre CO2 e RuBP, dando origem ao trio fosfato; este é exportado do estroma do cloroplasto para o citosol, e depois convertido em sacarose. O Rubisco tem baixa taxa catalítica por massa de proteína, portanto as taxas de assimilação de CO2 comumente determinadas nas folhas C3 requerem uma grande quantidade de Rubisco. A quantidade de Rubisco pode atingir 8 g m-2 e constituir até 30% do N nas folhas de trigo e até 50% da proteína solúvel (Lawlor et al., 1989). As folhas que metabolizam ativamente contêm conteúdos de N correspondentemente grandes. Se o suprimento de N durante o crescimento da folha estiver abaixo do necessário para sustentar a taxa potencial de síntese protéica etc., a quantidade de componentes formados é inadequada para a assimilação máxima de CO2 (Lawlor et al., 1988, 1989). Naturalmente, a situação é mais complexa do que a delineada, na medida em que a assimilação de CO2 não depende das quantidades dos componentes, mas da sua atividade, que depende de outros fatores. Se o conteúdo de Rubisco, por exemplo, é diminuído, então a atividade aumenta, tendendo assim a compensar a mudança. A baixa temperatura é necessário mais Rubisco (e outras proteínas e componentes) para manter uma determinada taxa de assimilação de CO2 à medida que a actividade metabólica diminui devido às taxas mais lentas de reacções enzimáticas (Lawlor et al., 1987b). Assim, existe uma flexibilidade considerável no desenvolvimento do sistema fotossintético e no metabolismo, bem como uma interação complexa com o meio ambiente.
A deficiência de nitrogênio tem grande impacto nos cloroplastos, em tamanho, composição e função. Em comparação com as plantas cultivadas com N amplo, são menores e mais planas, com menos membranas tilacóides mal empilhadas e uma proporção menor de tilacóides granal a intergranal, e a proporção de estroma aumenta, por exemplo, no arroz (Laza et al., 1993) e na beterraba sacarina (Kutik et al., 1995). Há menos LHCP, Rubisco e ATP synthase (Theobald et al., 1998). Entretanto, Evans e Terashima mostraram que a composição dos tialcóides é relativamente não afetada pelo fornecimento de N, com componentes tialcóides, atividades de transporte de elétrons e taxas de evolução de O2 à saturação de CO2 expressas em base clorofila muito semelhantes em espinafre cultivado com fornecimento de N muito diferente (Evans e Terashima, 1987). Em contraste, o conteúdo de Rubisco e proteínas solúveis por unidade de clorofila era maior em grande conteúdo de N, mostrando que com baixo N, a capacidade de assimilação de CO2 era menor do que para o transporte de elétrons. No trigo, a proporção de Rubisco em relação à clorofila é relativamente constante em uma gama de tratamentos com N, embora tenha aumentado no N geral (Evans, 1983; Lawlor et al., 1989). Outros autores mostraram que as relações de massa de Rubisco para clorofila total aumentaram à medida que a oferta de N aumentou mais do que a relação de ATP-sintase para clorofila (Nakano et al., 1997; Theobald et al., 1998). A razão clorofila a/b não é afetada pelo suprimento de N, apesar da grande diminuição da clorofila, sugerindo que o suprimento de N não regula diferentemente a expressão de LHCP (que contém clorofila b) em relação aos outros componentes dos complexos de coleta de luz e centros de reação. Uma generalização é que o fornecimento de N altera diferentemente a expressão da informação genética que controla a composição cloroplástica, particularmente a expressão do Rubisco e da ATP synthase, mas não a dos componentes da membrana tifóide (Fig. 2). As possibilidades de alterar os mecanismos fotossintéticos para aumentar a assimilação de CO2 estão sendo ativamente consideradas (Paul e Lawlor, 2000). Alguns aumentos têm sido alcançados alterando a composição das folhas, inesperadamente, alterando o metabolismo da trealose, provavelmente através da regulação do desenvolvimento (Paul et al., 2001). Dada a flexibilidade na composição e função das folhas em resposta a condições ambientais como a luz, alterações para melhorar o uso de N podem ser possíveis. No entanto, se estas envolverem o aumento do número mas não das características das enzimas etc, então a massa de proteína irá aumentar, assim como o conteúdo de N e a demanda de N. Aumentar o conteúdo de Rubisco não aumenta necessariamente a assimilação de CO2 por unidade de área nas folhas C3, mesmo em luz brilhante, devido a outras restrições (por exemplo, fornecimento de CO2) (Lawlor et al, 1987,a, b; Millard, 1988; Millard e Catt, 1988), portanto o aumento da quantidade de componentes pode nem sempre ser eficaz.
O fornecimento de CO2 para a fotossíntese C3 é inadequado na atmosfera atual (360 μmol mol-1) e as taxas fotossintéticas e o crescimento e rendimento das colheitas são aumentados em c. 30% sob as condições do Reino Unido, se isto for duplicado. Assim, por esta simples mudança ambiental, o potencial genético (ver mais adiante) é alcançado. Se a eficiência da assimilação de CO2 pudesse ser aumentada nas plantas C3 através da eliminação da fotorrespiração, então a produtividade por unidade de N acumulado aumentaria. Na atmosfera atual de CO2, um grande conteúdo de Rubisco, de baixa atividade catalítica, em folhas cultivadas com N abundante tem sido comentado freqüentemente, e tem levado ao conceito de diminuir a quantidade de Rubisco ou alterar suas características (reduzindo a quantidade de proteína por local ativo, aumentando o estado de ativação etc.) para reduzir os requisitos de N. Entretanto, não há evidências de que isso seja alcançável (e há evidências de que tais mudanças inibem profundamente a fotossíntese). Devido à grande quantidade e baixa atividade do Rubisco nas folhas, especialmente com amplo suprimento de N, ele tem sido considerado uma proteína de armazenamento: ele é remobilizado a partir de folhas mais velhas e contribui com uma grande parte da proteína no crescimento das folhas quando o N é limitante e para a síntese proteica de armazenamento, por exemplo, em cereais e tubérculos de batata (Lawlor et al., 1987,a, 1989; Millard, 1988; Millard e Catt, 1988) suportando uma função de armazenamento. Tem sido argumentado que a síntese de proteínas é um uso ineficiente de energia, mas dada a necessidade de um grande conteúdo de Rubisco em plantas C3 para a assimilação de CO2, especialmente em alta luz, e os efeitos iônicos e osmóticos do armazenamento
, e aminoácidos, pode haver vantagens na síntese de Rubisco como um armazenamento transitório de N abundante (Heilmeier e Monson, 1994). Tais considerações não devem ser negligenciadas quando se sugere que o conteúdo de Rubisco deve ser diminuído para melhorar a eficiência do uso de N, por exemplo, sob CO2 elevado (Mitchell et al., 2000). A complexidade do papel do Rubisco, e sua estreita integração na economia N do trigo, é demonstrada pelo equilíbrio variável entre a manutenção da capacidade de asfixia de CO2 em folhas antigas e a remobilização do Rubisco durante a senescência e o enchimento de grãos. As mudanças neste equilíbrio têm grandes efeitos no rendimento e na composição do grão. A deficiência de N influencia particularmente estes processos, diminuindo a assimilação total, uma vez que as folhas têm uma vida mais curta, senescendo e perdendo a competência fotossintética mais rapidamente do que quando ela é abundante, devido à remobilização de N para órgãos em crescimento (Brouqisse et al., 2001); melhorar a vida efectiva das folhas através da aplicação de N (Lawlor et al., 1989) ou reprodução (Sheehy et al., 2000) é um método comprovado de aumentar o rendimento. Embora tais interações tenham sido bem descritas, existe a necessidade de uma melhor quantificação da relação entre o fornecimento de N em sistemas fotossintéticos e relacionados e de otimizar o fornecimento de N, quantidades de Rubisco e taxa fotossintética.
Existem diferenças substanciais entre as plantas C3 e C4 no conteúdo de componentes fotossintéticos em folhas, como discutido com freqüência (Sage et al., 1987; Evans e von Caemmerer, 2000; Lawlor et al., 2001). Como a fotossíntese C4 fornece uma alta concentração de CO2 na qual Rubisco funciona, menos Rubisco é necessário para a assimilação de C4 do que C3, apesar das maiores taxas de assimilação de CO2 nas plantas C4, mesmo com grande fluxo de fótons. Consequentemente, o conteúdo de N por unidade de folha é menor do que nas plantas C3, e o requisito de N é menor para uma maior produção, portanto a eficiência de uso de N é melhorada. Modificar as plantas C3 para este estado feliz é uma ambição antiga da bioquímica vegetal, mas requer a produção de um Rubisco com menor ou nenhuma capacidade de oxigenase, minimizando ou eliminando a fotorrespiração (a causa da relativa ineficiência das plantas C3). Como mencionado acima, a possibilidade de engenharia da Rubisco para eliminar a fotorrespiração é remota. Assim, foi sugerido alterar as características estruturais e metabólicas das plantas C3 para alcançar o ambiente de alto CO2 para Rubisco que ocorre nas plantas C4 (Sheehy et al., 2000). Emulando em plantas C3 a complexidade da síndrome C4 será difícil, devido à sua substancial complexidade enzimática e anatômica. É improvável que avanços rápidos sejam feitos através da alteração da bioquímica e anatomia de C3 para C4, apesar das aparentes melhorias na fotossíntese C3 do arroz a partir da incorporação de enzimas susceptíveis de aumentar a concentração de CO2 na vizinhança de Rubisco (Matsuoka et al., 2000) e algum sucesso no aumento da assimilação de CO2 (Ku et al, 2000), esse objetivo desejável ainda parece uma perspectiva muito distante (Evans e von Caemmerer, 2000).
Diagrama esquemático das alterações relativas dos componentes bioquímicos do cloroplasto em relação ao total de N acumulado na folha do trigo. O aumento do estroma de cloroplástico Rubisco em relação ao ATP synthase nas membranas tifoides e complexo proteico de clorofila de colheita leve (a julgar pela razão entre clorofila a e b) é óbvio (a partir dos dados de Theobald et al, 1998).
Diagrama esquemático das alterações relativas dos componentes bioquímicos do cloroplasto em relação ao N total acumulado na folha do trigo. O aumento do estroma de cloroplástico Rubisco em relação ao ATP synthase nas membranas tilacóides e no complexo proteico da clorofila de colheita leve (a julgar pela razão clorofila a para b) é óbvio (a partir dos dados de Theobald et al, 1998). Esta última é afectada pela procura metabólica e condições como a temperatura (Macduff et al., 1987, 1993). O fluxo de
para a superfície da raiz depende da extensão do contacto com o solo e a água, da taxa de difusão do solo a granel na água, e particularmente importante para
, transporte no fluxo de massa de água. Isto está relacionado com a transpiração das culturas e o conteúdo de água no solo. O tamanho das raízes é uma função do crescimento e, portanto, do fornecimento de N, um exemplo dos fortes efeitos de alimentação na produção das culturas. Para uma grande absorção total de N por uma cultura de baixa
concentração, alta afinidade
são necessários transportadores, juntamente com mais transportadores por unidade de superfície da raiz, e maior comprimento da raiz e maior área de superfície por volume de solo para minimizar a limitação de difusão. A capacidade de armazenamento para
em células deve ser grande, particularmente onde o metabolismo é restrito, por exemplo, a baixas temperaturas quando a fotossíntese é lenta. A eficiência intrínseca de uso de N de toda a planta (produção de biomassa por unidade N acumulada) é determinada pelos processos bioquímicos integrados na planta. A curva única relativa à produção de N em uma ampla gama de condições ambientais e de absorção de N mostra (Fig. 3) que a eficiência dos processos é determinada geneticamente. Contudo, a capacidade de produção de biomassa e de N-uptake pode ser muito dependente das condições ambientais, incluindo
abastecimento. O aumento da produção total requer N suficiente para atingir a assímptota, mas a maior produção com menos N requer otimização, o que ocorre com menos do que a produção máxima (Lawlor et al., 2001).
para melhorar a absorção de N a partir de baixo
concentrações no solo requer exploração de um maior volume total de solo, e maior comprimento de raiz e área de superfície por volume de solo para minimizar a resistência à difusão, o que pode ser uma grande limitação. Além disso, mais transportadores por unidade de superfície da raiz irão aumentar as características de transporte da raiz. Aumentar a afinidade do sistema de transporte para
seria um grande avanço; contudo, isto já é grande como
pode ser removido da concentração micromolar em soluções bem agitadas (Engels e Marschner, 1995) e pode ser muito difícil de conseguir.
Metabolismo de nitrato, que pode ocorrer em folhas e raízes dependendo da espécie de planta, é bem estudado (ver trabalhos em Lea e Morot-Gaudry, 2001). Focando apenas nas células foliares,
é reduzido a NH3 por nitratos e nitritos redutores usando elétrons do transporte fotossintético de elétrons. O NH3 é convertido em aminoácidos pela reação enzimática GS/GOGAT, e os ‘esqueletos de carbono’ são fornecidos por ácidos orgânicos derivados do ciclo do ácido tricarboxílico nas mitocôndrias. Os carboidratos para a síntese de ácidos orgânicos provêm, em última análise, da assimilação fotossintética de CO2 e o ATP para a reação GS/GOGAT é gerado pela fotossíntese e respiração. Assim, há estreita interação nas fases mais iniciais do metabolismo N e C, ambas utilizando a energia da luz, com cerca de 10% do fluxo de elétrons em folhas fotossintetizadoras utilizadas em
redução (Foyer et al., 2001). No entanto, a proporção de carbono para N assimilado não é rigidamente fixada, pois se o fornecimento de
aumenta em relação ao CO2, então mais aminoácidos e proteínas se acumulam em relação à taxa de assimilação de CO2 e ao teor de carboidratos que pode diminuir à medida que o crescimento é estimulado (Lawlor et al., 1987,a, b, c). Há competição entre os processos: nas folhas, limitada
a oferta diminuiu o conteúdo de bifosfato de ribulose (RuBP) o substrato para a assimilação de CO2, mas aumentou a relação ATP/ADP, sugerindo que pode haver competição por redutor (Mächler et al., 1998). Devido ao maior potencial de assimilação de CO2 em folhas cultivadas com grande suprimento de N, a extensão da competição entre CO2 e
assimilação pode estar oculta. A razão N/C varia de acordo com a disponibilidade de recursos, particularmente N mas também CO2, diminuindo quando a oferta de CO2 aumenta (Theobald et al., 1998), e é muito dependente da temperatura. Por exemplo, em condições frias, o crescimento dos órgãos retarda mais do que a assimilação de N e o uso, portanto a razão N/C aumenta em relação às condições quentes. Quando ampla
está disponível uma grande proporção de N é ‘armazenada’ (ou seja, metabólicamente inativa) como proteína e, em menor medida, como aminoácidos e
em piscinas de curto ou longo prazo até que sua capacidade esteja saturada. Sua capacidade deve ser determinada geneticamente, embora não se entenda bem como são regulados (Heilmeier e Monson, 1994).
A importância da síntese proteica e dos fatores genéticos e ambientais que regulam as quantidades e proporções relativas das diferentes proteínas é central para qualquer discussão sobre os efeitos do N no metabolismo e no crescimento. A taxa de síntese protéica, quando todos os outros fatores não são limitantes, depende da temperatura. Ela pára a temperaturas muito baixas, aumentando ao máximo à medida que a temperatura sobe antes de diminuir com um aumento adicional. Isto afeta todos os processos da planta, e altera a demanda por aminoácidos e, portanto, por nitrato. Evidências experimentais mostram que à medida que a necessidade de síntese de proteínas diminui, os aminoácidos se acumulam e a demanda por
cai, mas não a sua absorção, portanto,
acumula, a resposta a
muda de concentração e há uma marcada interacção entre temperatura e fornecimento e crescimento de nitratos (Lawlor et al., 1987,a, c, 1988; Miller et al., 2001). Com o N inadequado, o conteúdo de aminoácidos das folhas cai, menos proteína é sintetizada e o crescimento diminui geralmente mais do que a fotossíntese, de modo que os carboidratos se acumulam e a relação N/C é baixa. Nos cultivos, os detalhes desses processos e interações são escassos, embora cruciais para entender os mecanismos de seu crescimento e para os requisitos de N.
Modificação do metabolismo do nitrogênio é potencialmente possível, pois há grande variação natural nos processos e particularmente na capacidade (Limami e de Vienne, 2001). Aumentar a quantidade de atividade redutase de nitrato por unidade de área foliar é potencialmente uma rota para aumentar a quantidade total de nitrato reduzida; é induzida por
e sua regulação é complexa, oferecendo a possibilidade de alterar a quantidade e, portanto, a taxa de redução de nitrato. Com ampla
é claro (ver discussão anterior) da acumulação de nitratos (Lawlor et al., 1987a) que existem limitações à taxa de redução, dependendo das condições ambientais, especialmente a temperatura. Além disso, o acúmulo de aminoácidos mostra que a síntese de proteínas é limitativa. Ao considerar como o metabolismo relacionado ao N pode ser modificado, fica claro que existem interações muito complexas ao longo do metabolismo, e impactos consideráveis do meio ambiente, que se combinam para determinar o crescimento da planta e sua composição.
A modificação dos processos de síntese protéica constituiria uma grande alteração no metabolismo básico. Para aumentar a quantidade de uma proteína seria necessário aumentar a capacidade de síntese, por exemplo aumentando o número de locais, porque a uma dada temperatura com amino-ácidos amplos, a capacidade existente seria limitada. Na verdade, esta ativação da capacidade pode ser a situação em plantas com grande conteúdo protéico, e na resposta à ampla
. No entanto, tais conceitos dificilmente têm sido explorados. Para aumentar a quantidade de
absorvida e usada na subaturização e saturação do fornecimento irá requerer diferentes abordagens e, potencialmente, muitas mudanças no metabolismo.
Curvas de resposta generalizadas (A) relacionando a produção de biomassa com a absorção de nitrogénio e com o fornecimento de nitrogénio. A diferença entre as curvas é devida a perdas de N no solo e limitações à absorção pela planta. Em (B) é ilustrada a relação entre N em componentes bioquímicos macromoleculares da célula e nitrato e aminoácidos, que são a fonte de N para sua síntese. As respostas (que são para ilustrar princípios e são derivadas de experimentos) podem ser interpretadas como conseqüência da limitação do potencial genético, identificado com a síntese de proteínas, ou limitação pelo fornecimento de N como no diagrama (C).
Curvas de resposta generalizadas (A) relacionando a produção de biomassa à absorção de nitrogênio e ao fornecimento de nitrogênio. A diferença entre as curvas é devida a perdas de N no solo e limitações à absorção pela planta. Em (B) é ilustrada a relação entre N em componentes bioquímicos macromoleculares da célula e nitrato e aminoácidos, que são a fonte de N para sua síntese. As respostas (que são para ilustrar princípios e são derivadas de experimentos) podem ser interpretadas como conseqüência da limitação do potencial genético, identificado com a síntese de proteínas, ou limitação pelo fornecimento de N como no diagrama (C).
Crescimento e composição das folhas
A taxa de crescimento e composição das folhas são substancialmente afetadas pelo N durante o crescimento e são bem documentadas e compreendidas em termos de mudanças na estrutura, embora os mecanismos não sejam tão bem compreendidos (Nelson e Dengler, 1997). Eles são particularmente sensíveis ao aumento da oferta de N quando isso é limitador (ver seção sobre as curvas de N-resposta). Isto foi visto em experimentos (Lawlor et al., 1987,a, b, c, 1988) examinando os efeitos relativos e as interações entre a temperatura e o suprimento de N na folha de trigo. Com condições de crescimento fresco (13/10 °C temperatura dia/noite) comparado com condições de crescimento quente (23/18 °C) e deficiente (4,5 mM) comparado com abundante (19,9 mM)
fornecimento, o baixo N diminuiu a taxa de crescimento da folha mas não diminuiu sua duração, embora tenha diminuído seu tamanho final (Tabela 1). As folhas continham menos células de menor volume. O baixo N diminuiu o conteúdo proteico solúvel (incluindo Rubisco) e a taxa de síntese proteica por folha, mas aumentou a razão entre proteína estrutural e não-estrutural. O suprimento de
é crucial para o crescimento da folha devido ao papel das proteínas no crescimento das paredes celulares e do citoesqueleto e, portanto, na expansão celular (Lawlor et al., 1988). As sínteses de proteínas estruturais parecem ter precedência sobre outros componentes já que, com muito baixa disponibilidade de N, o conteúdo residual (insolúvel) de proteína N aumenta em relação ao solúvel, sugerindo que uma certa quantidade (3 g m-2) de proteína é necessária para a síntese de estruturas celulares básicas (Lawlor et al., 1989; Theobald et al., 1998) sem a qual outras estruturas não podem ser formadas. Com abundante fornecimento de N ao metabolismo, a senescência das folhas, etc. é minimizada e retardada, prolongando assim a sua vida efetiva (duração da área foliar). O que determina a sensibilidade relativa da síntese dos componentes celulares a
não é claro. A relação entre, digamos, a concentração de
em particular compartimentos celulares (Miller et al., 2001) e concentrações de aminoácidos, e como estes estão ligados a taxas de Rubisco ou síntese de proteínas da parede celular, não são conhecidos. Tal especificidade em resposta é importante para que os mecanismos sejam entendidos, pois o crescimento celular está relacionado de forma diferente com o acúmulo de Rubisco e a fotossíntese, dependendo do fornecimento de N, afetando assim as relações entre tamanho celular, taxas de assimilação e composição dos tecidos. As temperaturas mais baixas diminuíram a taxa de crescimento das plantas e a área final, mas aumentaram a duração da expansão foliar. Entretanto, a proteína solúvel e Rubisco por unidade de área foliar aumentou, apesar da diminuição da taxa de síntese protéica por folha. A interpretação é que temperaturas mais baixas atrasaram a síntese proteica menos do que a expansão foliar, de modo que o conteúdo proteico aumentou em comparação com as condições quentes (Lawlor et al., 1988). Isto manteve a taxa metabólica, apesar da temperatura mais baixa. As mudanças complexas nas quantidades de
, aminoácidos e carboidratos com fornecimento de N e temperatura, podem ser explicadas pelos diferentes processos de síntese protéica, crescimento de órgãos, taxa fotossintética – tendo diferentes respostas às condições ambientais. As possíveis interacções são indicadas na Fig. 4. Finalmente, a explicação de como os cultivos crescem, os impactos do N nos processos e as interações com a temperatura, etc., irá requerer um entendimento muito melhor do que determina o crescimento e composição das folhas. Efetuar mudanças no desenvolvimento, senescência e composição da folha para aumentar a produção e eficiência do uso de N, exigirá modificações nos sistemas responsáveis pelo desenvolvimento, divisão e crescimento das células. A plasticidade do crescimento e composição que ocorre em resposta ao fornecimento de N e outras condições ambientais sugere que há potencial para mudar o crescimento foliar, etc., mas como nos processos metabólicos os processos limitantes não são claros e a modificação direta pode ser muito difícil. Não se sabe como ocorreram mudanças na evolução de diferentes espécies ou de ecotipos adaptados a diferentes condições, nem na selecção de reprodução de diferentes variedades.
Diagrama esquemático dos processos envolvidos no crescimento da folha e da organela, composição celular e tecidual como afetados pelo fornecimento de N e temperatura. Os fluxos C e N em pools metabólicos e de armazenamento de componentes teciduais, conduzindo do suprimento ambiental através da produção de substratos na folha, ao crescimento de órgãos e locais de regulação indicados (após Lawlor et al., 1988).
Diagrama esquemático dos processos envolvidos no crescimento da folha e da organela, composição celular e tecidual como afetados pelo suprimento de N e pela temperatura. Os fluxos de C e N em pools metabólicos e de armazenamento de componentes teciduais, conduzindo do suprimento ambiental através da produção de substratos na folha, ao crescimento de órgãos e locais de regulação indicados (após Lawlor et al, 1988).
Uma ilustração dos efeitos do fornecimento de N e as interações com a temperatura em plantas de trigo
As taxas de crescimento medidas, a área da terceira folha, juntamente com os teores de proteínas e aminoácidos e as taxas calculadas de síntese de proteínas e absorção de N são dadas. As plantas foram cultivadas a 13/10 °C (frio) ou 23/18 °C (quente) e com 4,5 mM
(-N) ou 19,9 mM
(+N). Os valores entre parênteses são a percentagem de +N quente. (Dados de Lawlor et al., 1988.)
| Tratamento . | Frio -N . | Frio +N . | quente -N . | aquente +N . |
|---|---|---|---|---|
| Crescimento (g planta-1 d-1) | 2.2 (34) | 3.4 (53) | 5.2 (80) | 6.5 (100) |
| Área de folha 3 (cm2) | 9.9 (58) | 12.0 (70) | 16.5 (96) | 17.1 (100) |
| Teor de proteína da folha 3 (g m-2) | 7 (88) | 12 (156) | 5 (63) | 8 (100) |
| Taxa de síntese de proteínas (g folha-1 d-1) | 0.58 (21) | 1.20 (44) | 1.65 (60) | 2.74 (10) |
| N taxa de absorção (μmol N g-1 massa seca d-1) | 25 (58) | 85 (65) | 50 (38) | 130 (100) |
| Teor de aminoácidos (mM m-2) | 1.2 (75) | 5.0 (312,5) | 0,8 (50) | 1,6 (100) |
| Teor de nitrato (mM m-2) | 0,5 (17) | 2.6 (87) | 1,2 (40) | 3,0 (100) |
| Tratamento . | Frio -N . | cold +N . | quente -N . | aquente +N . |
|---|---|---|---|---|
| Crescimento (g planta-1 d-1) | 2.2 (34) | 3.4 (53) | 5.2 (80) | 6.5 (100) |
| Área de folha 3 (cm2) | 9.9 (58) | 12.0 (70) | 16.5 (96) | 17.1 (100) |
| Teor de proteína da folha 3 (g m-2) | 7 (88) | 12 (156) | 5 (63) | 8 (100) |
| Taxa de síntese de proteínas (g folha-1 d-1) | 0.58 (21) | 1.20 (44) | 1.65 (60) | 2.74 (10) |
| N taxa de absorção (μmol N g-1 massa seca d-1) | 25 (58) | 85 (65) | 50 (38) | 130 (100) |
| Teor de aminoácidos (mM m-2) | 1.2 (75) | 5,0 (312,5) | 0,8 (50) | 1,6 (100) |
| Teor de nitrato (mM m-2) | 0,5 (17) | 2.6 (87) | 1,2 (40) | 3,0 (100) |
Uma ilustração dos efeitos do fornecimento de N e as interacções com a temperatura nas plantas de trigo
As taxas de crescimento medidas, a área da terceira folha, juntamente com os teores de proteínas e aminoácidos e as taxas calculadas de síntese de proteínas e de absorção de N são dadas. As plantas foram cultivadas a 13/10 °C (frio) ou 23/18 °C (quente) e com 4,5 mM
(-N) ou 19,9 mM
(+N). Os valores entre parênteses são a percentagem de +N quente. (Dados de Lawlor et al., 1988.)
| Tratamento . | Frio -N . | Frio +N . | quente -N . | aquente +N . |
|---|---|---|---|---|
| Crescimento (g planta-1 d-1) | 2.2 (34) | 3.4 (53) | 5.2 (80) | 6.5 (100) |
| Área de folha 3 (cm2) | 9.9 (58) | 12.0 (70) | 16.5 (96) | 17.1 (100) |
| Teor de proteína da folha 3 (g m-2) | 7 (88) | 12 (156) | 5 (63) | 8 (100) |
| Taxa de síntese de proteínas (g folha-1 d-1) | 0.58 (21) | 1.20 (44) | 1.65 (60) | 2.74 (10) |
| N taxa de absorção (μmol N g-1 massa seca d-1) | 25 (58) | 85 (65) | 50 (38) | 130 (100) |
| Teor de aminoácidos (mM m-2) | 1.2 (75) | 5.0 (312,5) | 0,8 (50) | 1,6 (100) |
| Teor de nitrato (mM m-2) | 0,5 (17) | 2.6 (87) | 1,2 (40) | 3,0 (100) |
| Tratamento . | Frio -N . | cold +N . | quente -N . | aquente +N . |
|---|---|---|---|---|
| Crescimento (g planta-1 d-1) | 2.2 (34) | 3.4 (53) | 5.2 (80) | 6.5 (100) |
| Área de folha 3 (cm2) | 9.9 (58) | 12.0 (70) | 16.5 (96) | 17.1 (100) |
| Teor de proteína da folha 3 (g m-2) | 7 (88) | 12 (156) | 5 (63) | 8 (100) |
| Taxa de síntese de proteínas (g folha-1 d-1) | 0.58 (21) | 1.20 (44) | 1.65 (60) | 2.74 (10) |
| N taxa de absorção (μmol N g-1 massa seca d-1) | 25 (58) | 85 (65) | 50 (38) | 130 (100) |
| Teor de aminoácidos (mM m-2) | 1.2 (75) | 5.0 (312.5) | 0.8 (50) | 1.6 (100) |
| Nitrato (mM m-2) | 0,5 (17) | 2,6 (87) | 1,2 (40) | 3.0 (100) |
Crescimento, rendimento e N
Muito foi escrito sobre este tópico (Lawlor et al.., 2001) e por isso é apenas considerado muito brevemente aqui. Existe essencialmente uma relação linear entre a matéria seca total produzida por uma cultura e a radiação interceptada por ela (Monteith, 1977); isto porque a luz fornece a energia para todo o metabolismo. A interceptação da radiação depende do índice de área foliar (LAI; a razão entre a área foliar e a área moída) e, portanto, do tamanho das folhas e seu número, que é consideravelmente afetado pelo perfilhamento em cereais e, como discutido, assimmptoticamente dependente do fornecimento de N. Entretanto, a relação entre o LAI e a interceptação por radiação não é linear: com LAI maior que cerca de 3, a interceptação PAR se aproxima de c. 90%, e o aumento adicional do LAI não aumenta muito a interceptação leve. Além dos efeitos do N sobre a área foliar, há o aumento da taxa fotossintética no suprimento grande de N, por razões discutidas. Como consequência desses dois efeitos relacionados, existe uma forte relação assimptótica entre biomassa e oferta de N (Fig. 2, ver discussão sobre as curvas de N-resposta). A biomassa aumenta linearmente à medida que o suprimento de N aumenta a partir de pequenos valores (nesta região ganhos consideráveis na produção resultam de pequenos aumentos de N) atingindo um platô em grande oferta quando a cultura cresce à taxa potencial geneticamente determinada.
O conteúdo de N/ biomassa unitária (N% em matéria seca) é freqüentemente utilizado como uma indicação de quão adequada a oferta de N para o crescimento da cultura (Lawlor et al., 2001). Entretanto, N% não é um valor fixo e diminui à medida que a cultura se desenvolve e sua estrutura e composição bioquímica mudam. As folhas, com um grande conteúdo de proteínas, etc., formam-se no crescimento precoce e os caules de suporte, com mais celulose e lignina e pouca proteína, mais tarde. Assim, o teor de N (N%) diminui com a idade e também depende do meio ambiente. A deficiência de N reduz o N% à medida que a proporção folha:caule diminui e o conteúdo de proteínas e clorofila das folhas cai mais que os hidratos de carbono (ver anteriormente). Foram feitas alterações no N% para programar a aplicação de N às culturas (Lawlor et al., 2001) e os desenvolvimentos posteriores de tais técnicas serão sem dúvida de valor económico prático.
O rendimento é a parte de uma planta ou cultura usada para um fim específico, portanto dependerá da cultura e das necessidades humanas. No caso dos cereais, o grão é o rendimento primário e a produção total depende do número de plantas por área, perfilhos por planta, número de espigas por perfilho, grãos por espiga e massa por grão. Durante o crescimento precoce, a formação de perfilhos e folhas determina a capacidade posterior para a formação de grãos e assimilar a produção para preenchê-los. Assim, para atingir o potencial de rendimento genético, todos aqueles fatores que afetam o crescimento das muitas partes do sistema, cada uma regulada de forma complexa, devem ser otimizados ao longo de toda a vida da cultura (Slafer et al, 1996).
Com adequado
e assimilação de CO2, o fornecimento de assimilados ao desenvolvimento de meristemas é adequado para manter o seu crescimento, assim mais lavouras são produzidas e sobrevivem por planta e área, e de forma semelhante com grãos. Também, a capacidade de crescimento dos grãos é aumentada, provavelmente porque mais células com maior capacidade enzimática são feitas. Devido à assimilação adequada durante o preenchimento dos grãos, mais grãos são preenchidos e são maiores. Estes fatores juntos resultam em um grande rendimento. Em condições normais de campo, a produção relativa de órgãos vegetativos e reprodutivos varia entre locais e anos como consequência de diferenças no ambiente, particularmente no fornecimento de N. Portanto, a relação entre a produção de grãos e a biomassa (índice de colheita, IH) não é constante, mas varia de acordo com as condições. Onde a variação ambiental é limitada, o IH é relativamente constante, mas se houver menos assimilação durante o crescimento precoce, menos perfilhos sobrevivem, resultando em menos espigas e grãos por espiga e, portanto, menos produção. Mais tarde, a assimilação limitada pode reduzir o preenchimento de grãos. O fornecimento de N é de considerável importância, afetando a disponibilidade de aminoácidos para a síntese de proteínas durante a formação do grão e mais tarde como proteína de armazenamento (Heilmeier e Monson, 1994).
Talvez, é muito pouco apreciado que os diferentes processos que contribuem para a produção de componentes sejam relativamente independentes, com diferentes fatores que os influenciam, e que haja um efeito substancial de avanço do crescimento precoce. Além disso, o momento em que os fatores ambientais operam em relação ao desenvolvimento da planta e de seus órgãos individuais, é de considerável importância. Como muitos fatores estão envolvidos e são dinâmicos, as respostas dos cultivos não podem ser facilmente previstas, mas agronomicamente são de considerável importância. Muitos usos das culturas são muito sensíveis às características de qualidade, por exemplo, é necessário um baixo teor de proteína N nos grãos de cevada, por isso o fornecimento tardio de N deve ser mínimo para diminuir o teor de proteína, mas para obter o potencial de rendimento são necessárias aplicações precoces de N, levando a conflitos que são complicados pela disponibilidade de N do solo. É importante compreender melhor os mecanismos de tais processos, a fim de prever as necessidades das plantas em N. As mudanças no rendimento e qualidade (incluindo o conteúdo de N) por selecção de criação têm sido notáveis e sustentadas. Maiores rendimentos não resultaram do aumento da produção de biomassa no trigo, mas em grande parte do aumento do número de grãos e do tamanho a que podem ser enchidos. Isso tem ocorrido às custas do crescimento vegetativo, aumentando assim o IH (Evans, 1998). Claramente, a oferta de assimilados tem acompanhado o potencial genético para a produção de grãos. Entretanto, as mudanças subjacentes no metabolismo que acompanharam essas mudanças não são compreendidas, oferecendo assim pouca orientação para modificações direcionadas ao nível dos processos metabólicos.
Potencial genético
Potencial genético pode ser definido como a capacidade total da planta de formar biomassa ou produzir quando as restrições ambientais são removidas (Richards, 1996); criadores e agrônomos freqüentemente se referem ao potencial de produção, embora a produção total seja mais relevante quando se considera como o potencial de crescimento dos cultivos pode ser aumentado. O potencial de produção é uma função da informação genética que especifica as características das proteínas, determinando assim a estrutura, crescimento e desenvolvimento, e tamanho para o qual o sistema pode crescer. Este tamanho máximo ao longo do ciclo de crescimento pode ser chamado de potencial genético. Além disso, as taxas máximas de processos são determinadas geneticamente. O potencial genético ainda não pode ser definido quantitativamente a partir de princípios básicos, por isso é necessária uma definição operacional. Como as plantas (com o trigo como bom exemplo) muitas vezes formam grandes números de meristemas capazes de crescer em condições favoráveis, elas respondem muito à disponibilidade de recursos, ou seja, são muito “plásticas”. Portanto, o potencial genético é definido sob condições particulares (Richards, 1996). Para a agricultura, isto é geralmente por unidade de superfície de solo, juntamente com a radiação solar incidente normal, temperatura e CO2 atmosférico para o local, que são relativamente uniformes e difíceis de modificar. Como mencionado anteriormente, o aumento do CO2 atmosférico actual aumenta substancialmente a biomassa e a produção, mostrando que o potencial de produção depende das condições e de como é definido. A temperatura é de particular importância, pois afecta as taxas dos processos bioquímicos (ver discussão anterior) e assim determina o potencial, com o potencial máximo a ocorrer a uma temperatura óptima ou dentro de uma gama de temperaturas óptimas. No entanto, os factores ambientais que podem ser alterados na agricultura, como a nutrição, o abastecimento de água e as pragas e doenças, são modificados para que a produção não seja afectada, ou seja, não limitam o potencial genético. Devido aos muitos processos na agricultura que são afectados de forma diferente por condições particulares, pode ser necessário optimizar as condições, em vez de as maximizar. Assim, a medida do potencial genético pode variar com o ambiente (a interação genótipo×ambiente ou G×E; Hollamby e Bayraktar, 1996).
Sobre a metade do aumento substancial do rendimento no último século foi obtido a partir de características genéticas melhoradas dos cultivos, o resto a partir de uma melhor criação, particularmente o aumento da fertilização (Austin et al., 1993). De facto, a “revolução verde” baseou-se na melhoria tanto do potencial genético como no fornecimento das condições correctas, especialmente nutrientes, na quantidade correcta e no momento apropriado (Evans, 1998). O melhoramento vegetal não aumentou o potencial genético para a produção de biomassa de uma cultura como o trigo, uma vez que variedades antigas e novas produzem biomassa semelhante, dadas as condições correctas. No entanto, aumentou o potencial de produção de grãos e, portanto, a relação entre a massa de grãos e a biomassa total acima do solo ou o índice de colheita. As características da qualidade do grão, como as relações entre proteínas e hidratos de carbono (por exemplo, na cevada para alimentação animal ou para a fabricação de cerveja) ou a proporção de diferentes proteínas (por exemplo, para a fabricação de pão) também foram modificadas: elas também são afetadas pelo meio ambiente, como o fornecimento de N.
A melhoria do potencial da cultura requer a identificação de partes específicas do metabolismo que devem ser alteradas para atingir determinados resultados. Quando o fornecimento de N é tal que o potencial de produção existente é atingido, a única maneira de aumentar a produção é melhorar a eficiência com que N é usado no metabolismo. O metabolismo deve ser alterado ou para alcançar mais Cassimilação por unidade de N, ou para aumentar a capacidade de N-utilização. O primeiro aumentará a biomassa, mas diminuirá a relação C/N e não fornecerá mais proteínas. O segundo pode não ser alcançável porque a luz seria uma grande limitação, pois com o N grande, o LAI já é tão grande que mais de 95% da radiação disponível é utilizada (Sheehy et al., 2000). Para superar esta limitação seriam necessárias as mais extensas mudanças no metabolismo fotossintético e apresentaria um desafio formidável (Evans e von Caemmerer, 2000). Quando N é limitante, é a capacidade de aumentar a absorção de N da solução diluída ou de aumentar o volume do solo explorado que é necessário, ou seja, o aumento da eficiência de absorção ou crescimento das raízes. A eficiência da assimilação de C por unidade de N na planta permaneceria a mesma, mas a produção de biomassa aumentaria, assim como a relação N/C, como acontece com as culturas atuais fornecidas com amplo N. Aumentar a assimilação de C por unidade de N aumentaria potencialmente a biomassa (se a energia leve estivesse disponível), mas diminuiria o N/C. Se o fornecimento de N à raiz variar de forma a não corresponder à taxa de crescimento a curto prazo, então fornecer grandes reservas de N na planta seria uma forma de fornecer N suficiente para satisfazer os requisitos bioquímicos (Macduff et al., 1993). Tal abordagem poderia ser mais facilmente alcançada do que modificar o metabolismo básico, pois o aumento da capacidade de armazenamento de proteínas, um “produto final”, não envolveria uma regulação extensa. No entanto, para ser eficaz como uma loja N temporária, a maquinaria de remobilização seria necessária, com sistemas para detectar a deficiência de N e desencadear a quebra de proteínas. Naturalmente, se a taxa de fornecimento do armazenamento mais o solo cair abaixo da necessidade a longo prazo, então o crescimento será restrito. Aqui, é importante compreender os processos básicos de assimilação de carbono e nitrogênio e como eles se relacionam com o rendimento das culturas. Isso poderia orientar a prática agronômica, a reprodução e a engenharia genética.
N curvas de resposta a N
Para determinar a relação entre crescimento e fornecimento de N, com N limitante, e o potencial genético com N não limitante, as culturas são cultivadas em um ambiente padrão (ou pelo menos o mesmo) de luz, temperatura e CO2 – que pode não ser ótimo para a maior produção – com todas as outras condições não limitantes exceto o fornecimento de N (Angus, 1995). O fertilizante N é então aplicado a diferentes áreas da cultura em diferentes quantidades (desde zero até exceder a exigência). A biomassa ou o crescimento da produção da cultura é então determinada em função da quantidade de N aplicada. A relação entre o crescimento da cultura e a quantidade de N aplicada tem sido determinada em inúmeras experiências e tem sido frequentemente discutida (Ter Steege et al., 2001). Uma resposta generalizada (Fig. 2) mostra que com N muito deficiente, a produção é muito pequena, aumentando linearmente com o fornecimento de N até que eventualmente a assímptota seja alcançada, ou seja, um aumento adicional de N não aumenta a produção, que é o potencial genético. Se o crescimento está relacionado com o N acumulado pelo cultivo, a inclinação inicial, que é a eficiência real ou intrínseca do uso de N pela planta, é mais acentuada (mais biomassa por unidade de N) do que se relacionada com o N aplicado. A diferença é uma medida da eficiência com que N é usado, assim como a diferença entre o ponto em que o planalto para produção de biomassa é alcançado quando expresso por unidade de N absorvido e N aplicado é alcançado. A inclinação da curva relativa à produção de N aplicado é a eficiência do uso de N aplicado. Com baixa eficiência de fornecimento de N é grande e diminui à medida que o fornecimento de N aumenta em ambos os casos. A diferença entre N aplicado e acumulado fornece informações valiosas sobre fontes e perdas de N (Bacon, 1995; Ter Steege et al., 2001). N pode vir da chuva e das reservas de solo, assim como dos fertilizantes aplicados, afetando muito a resposta aparente derivada do N aplicado. Da mesma forma, perdas de N devido à lixiviação, metabolismo bacteriano e emissões de solos e plantas, etc. afetam a interpretação.
O uso de curvas de N-resposta tem fornecido muita informação quantitativa sobre as necessidades de N, tempo, etc. (Angus, 1995; Lawlor et al., 2001). Estudos iniciais mostraram a natureza essencialmente assimptótica das respostas das plantas aos nutrientes, incluindo o fornecimento de N, como discutido para as curvas de N-resposta. A “lei dos fatores limitantes” de Blackman resumiu o conceito. Mitscherlich, por exemplo, desenvolveu uma equação (Y=Ymax(1-e-cN) relativa ao rendimento, Y, à quantidade de azoto aplicada N, e ao rendimento máximo, Ymax, dado pela assímptota da curva de resposta de Y versus oferta de N; c é um factor de curvatura. Ymax (que é uma medida do potencial genético) e c variam entre estações e também entre locais e não podem ser facilmente aplicados a diferentes condições, mas a abordagem permite estimar o requisito N (ver Angus, 1995, para discussão). Para alcançar Ymax a quantidade correta de N (Nmax) deve ser fornecida, por exemplo, se uma cultura com 10 t ha-1 grão a Nmax de 2% N (total 200 kg N) e 10 t ha-1 palha a Nmax 0,5% N (total 50 kg N) então 250 kg ha-1 é necessário para toda a cultura. Isto também representa a demanda da cultura para N e é identificável com o potencial genético para a captação de N e produção de rendimento. Se a diferença entre o N na planta (Nmin) for menor que Nmax, então o N necessário (a demanda, D) é dado por D=(Nmax-Nmin)× massa da cultura. Isto fornece uma avaliação simples da necessidade de N, mas deve ser baseado em médias de medições repetidas a longo prazo.
Indicadores do estado de N e metabolismo na agricultura
Dando a necessidade de ajustar a quantidade e o tempo das aplicações de N às culturas para aumentar a produção e eficiência e para diminuir a poluição, é lógico medir N na planta para indicar as necessidades de N (Neeteson, 1995). A medição de N no solo é menos direta e pode não refletir a dinâmica dos processos de cultivo e o impacto do meio ambiente sobre o cultivo. A medição do N deve ser rápida, fácil e eficaz, assim como barata. Como as folhas contêm uma grande proporção do N da cultura, a medição do N total, ou de componentes estreitamente relacionados ao fornecimento de N que respondem rapidamente às mudanças no fornecimento de N e sua relação com a demanda, são geralmente medidas. A análise do N total é lenta, requerendo amostragem e preparação de tecidos e equipamento analítico especializado e, portanto, geralmente não é usada para medir a dinâmica do N. Testes colorimétricos rápidos para
concentração (que depende da oferta e demanda para
) em pequenas amostras de seiva expressa pode ser feita no campo, são rápidos e baratos e têm sido considerados um indicador útil do status N, mas não têm sido amplamente utilizados como um guia para a aplicação de N (Neeteson, 1995). O conteúdo de clorofila, que está fortemente relacionado com o fornecimento de N, pode ser medido no campo com um fotômetro, como o clorofilômetro Minolta SPAD-502 (Minolta Camera Company, Ramsey, NJ, EUA), que é rápido e repetível. As leituras do SPAD são calibradas para obter o conteúdo de clorofila das folhas, ou correlacionadas diretamente com o desempenho da planta (Peltonen et al., 1995), fornecendo um método prático de avaliação do status de N e requisitos de N, embora um menos dinâmico do que os testes para
conteúdo. Tais abordagens, baseadas na compreensão bioquímica e fisiológica, devem ser encorajadas.
Azoto modelador no ambiente e planta
O uso de curvas de N-resposta tem sido de grande valor na avaliação de N-requisitos das culturas (Angus, 1995). No entanto, tais métodos são generalizações, que não podem facilmente explicar as diferenças entre culturas em locais diferentes e em anos diferentes como consequência da variação da oferta de N e das condições meteorológicas que afectam a procura das culturas, perdas de N, etc. São necessárias abordagens dinâmicas, para permitir respostas rápidas e para ‘afinar’ a oferta à procura. Os modelos destes processos são bem desenvolvidos e amplamente utilizados para recomendar aplicações de fertilizantes N (por exemplo, em sistemas de apoio à decisão), aumentando a eficiência do uso de N e reduzindo a poluição (Addiscott et al., 1995). São necessárias melhorias nos modelos, abordando especificamente os processos de cultivo (por exemplo, taxas de crescimento que podem ser medidas ou modeladas com base na temperatura) no curto prazo, para avaliar os requisitos de N em momentos específicos ou estágios de crescimento do cultivo. Relativamente pouco tem sido feito uso de informações bioquímicas em modelos de simulação para avançar na compreensão dos mecanismos e também para melhorar a aplicação de N (tempo e quantidade).
As maiores restrições no tipo de modelagem de simulação empregada são: compreensão quantitativa inadequada das partes individuais dos mecanismos (características enzimáticas, tamanho do pool de intermediários), conhecimento deficiente da conexão entre diferentes mecanismos (ligação entre assimilação de C e N, transporte dentro da planta) e dificuldade de relacionar medidas de curto prazo do metabolismo básico com as respostas gerais da cultura. A complexidade do sistema impede o desenvolvimento de modelos de simulação verdadeiramente “mecanicistas” e levanta a questão de quão complexo pode ser um modelo ser compreensível, estável e testável? Modelos metabólicos complexos são valiosos para explorar e quantificar mecanismos e indicar quais informações são necessárias (Evans e von Caemmerer, 2000). A experiência sugere que modelos muito complexos são de valor limitado na prática. Os modelos geralmente contêm relações empíricas, que se bem testadas podem fornecer uma precisão aceitável na aplicação. Para melhorar a eficiência do uso de N, é necessário mais esforço para desenvolver e melhorar modelos de simulação baseados em relações empíricas e incorporando informações bioquímicas.
Futuras possibilidades
É uma verdade que os processos envolvidos na produção de culturas são muito complexos e multicamadas, variando do molecular ao organismo inteiro, e fatores ambientais afetam todos os níveis da organização. Os pontos essenciais são que quando o suprimento de N é menor do que o necessário para que o potencial genético seja alcançado, é a absorção de N que deve ser aumentada para se obter maior biomassa. Isto pode ser feito aumentando o volume de solo explorado e reduzindo as limitações de difusão com maior densidade de enraizamento, ou aumentando a afinidade da raiz para o N. Todos provavelmente são necessários. Alternativamente, a assimilação de C por unidade de N acumulado poderia ser aumentada, de modo que uma maior biomassa resultaria de uma menor acumulação de N. O aumento do potencial genético da biomassa poderia, em teoria, ser alcançado aumentando a quantidade de C por unidade de N acumulado, ao custo de aumentar a relação C/N. Isto pressupõe que estaria disponível energia luminosa adequada, o que é improvável, uma vez que quase toda a energia é absorvida agora com a copa cheia. Se mais N fosse assimilado, mas sem alterar o equilíbrio com a assimilação de C, teoricamente isso aumentaria a biomassa e manteria a razão C/N atual. No entanto, então seria provável que houvesse uma limitação da luz. Alternativamente, a biomassa poderia ser aumentada prolongando o período durante o qual a luz é absorvida (estação de crescimento mais longa) e utilizada eficazmente (genótipos “permanecer verde”). A primeira é uma das principais razões para a maior biomassa e rendimento do trigo de Inverno, em comparação com o trigo de Primavera. O último também está sendo explorado.
A compreensão de como os processos respondem ao N é a chave para melhorar a produção e a eficiência do uso de N, e é essencial para que o potencial genético seja aumentado (Sheehy et al., 2000). A resposta de toda a planta, como elemento central nos sistemas agrícolas, às condições ambientais só pode ser entendida se a organização do sistema for apreciada. Além disso, os fatores ambientais que regem o fornecimento de N devem ser avaliados. No entanto, é impossível analisar todos os aspectos juntos sob uma série de condições num único programa de pesquisa, ou combiná-los para aplicação prática, daí a necessidade de modelagem. Isto levou a diferentes conceitos de como lidar com o “problema” de compreender a necessidade de N, e como usar N para modificar e melhorar a qualidade e quantidade dos produtos agrícolas. Nos extremos estão as abordagens reducionista e agronômica. O reducionismo considera que o conhecimento da estrutura do genoma fornecerá informação suficiente para permitir que as características das plantas sejam modificadas em direcções seleccionadas para melhorar a resposta ao N e aumentar a produtividade, eficiência e potencial de rendimento dos sistemas agrícolas. Tal visão parece ser aceita entre biólogos moleculares e engenheiros genéticos (Matsuoka et al., 2000). Atualmente, muito esforço e entusiasmo são direcionados para a compreensão dos genomas das plantas e as esperanças de aumentar a produção de alimentos estão concentradas na modificação genética para aumentar o potencial genético. Dada a complexidade da natureza do subsistema das plantas, e a considerável interação com o meio ambiente. Considero este ponto de vista mal fundamentado e insustentável, mesmo na sua forma menos extrema. O papel da bioquímica já foi visto de forma semelhante (por exemplo, a regulação da produção de culturas pela atividade redutora de nitrato), mas, na prática, resultaram relativamente poucas modificações específicas e melhorias agronômicas. Ideias e informações bioquímicas têm sido essenciais para a compreensão do sistema planta-ambiente. Os conceitos atuais são de sistemas bioquímicos interativos e dinâmicos, com muitos processos regulatórios de feed-back e feed-forward que proporcionam estabilidade e flexibilidade no metabolismo, crescimento, etc., mas podem ser mais difíceis de alterar de formas específicas do que se supõe. A abordagem agronómica é essencialmente empírica, baseada na determinação experimental dos requisitos de entrada para uma produção máxima (ou óptima): este método de duração é bem sucedido, mas limitado no espaço e no tempo e, portanto, específico, e por isso transferível apenas em termos gerais. Isto não é o necessário para o ajuste fino do recurso com a produção na agricultura, e resultou na incapacidade de explorar uma compreensão bioquímica mais mecanicista (talvez ligada à modelagem de simulação) para melhorar a eficiência e reduzir a poluição etc.
O aumento do potencial de produção nos últimos 50 anos surgiu da criação de animais de seleção empírica, com entradas bioquímicas e fisiológicas levando a uma melhor compreensão dos processos (como os que regulam a qualidade proteica dos grãos, resistência a doenças, etc.) e critérios de seleção, e a métodos analíticos substancialmente melhorados. A selecção reprodutora recombina em grande parte a informação genética e selecciona para “produtos finais” tais como a quantidade e qualidade dos cereais. Este procedimento resulta na seleção de processos bioquímicos, e suas combinações, que otimizam as atividades do subsistema, mas essencialmente trata o sistema como uma “caixa preta”. Embora esta abordagem provavelmente continue a proporcionar a maioria das melhorias nas características das culturas durante muitos anos, o potencial oferecido pela biologia molecular para alterar o genoma e, portanto, os processos bioquímicos básicos deve ser explorado. No entanto, requer integração com a compreensão dos processos bioquímicos, e da sua interacção com o ambiente, para que seja bem sucedida (Snape, 1996). A engenharia genética altera o sistema em pontos específicos identificados como passos-chave, ou limitantes, no metabolismo. No entanto, não existe um gene para a eficiência do uso de N ou para a produção ou qualidade dos grãos, mas muitos genes codificadores de proteínas que determinam as estruturas e comportamentos de diferentes subsistemas bioquímicos e fisiológicos. Portanto, é provável (e agora freqüentemente demonstrado) que mudanças no genoma não resultarão em grandes alterações no metabolismo básico do tipo aqui discutido (Paul e Lawlor, 2000). Além disso, a resposta às condições ambientais pode ser complexa, envolvendo as interações G×C mencionadas, exigindo uma mudança de conceito do genoma para o genoma em um ambiente (Sheehy et al., 2000). A menos que isto seja rapidamente apreciado, a actual perda de conhecimentos bioquímicos e fisiológicos das plantas em muitos países a favor da biologia molecular, irá distorcer a base de conhecimentos. Enfraquecerá substancialmente os métodos mais clássicos de ataque ao problema fundamental de como melhorar a produção, retardando a aplicação dos conhecimentos actuais da tecnologia dos fertilizantes. Também inibirá a melhoria das abordagens com maior probabilidade de ter grande impacto no fornecimento de alimentos no próximo meio século, quando a demanda crescer mais rapidamente. A combinação de informações moleculares, bioquímicas e fisiológicas é necessária para avaliar as possibilidades de melhoria efetiva da cultura.
Em conclusão: a produção da cultura depende totalmente do fornecimento de N em quantidades adequadas no momento correto para o crescimento. Esta é a consequência de eventos metabólicos, baseados em proteínas, com energia luminosa utilizada na redução de CO2 e
e a síntese de assimilados que são utilizados no crescimento vegetativo e reprodutivo e na formação de rendimento. No entanto, as relações entre os muitos processos que levam à produção são complexas e embora determinadas geneticamente estão sujeitas a uma influência considerável do meio ambiente, particularmente o fornecimento de N. A compreensão dos mecanismos que determinam a produção, rendimento e eficiência das culturas é avançada, mas insuficientemente explorada na agricultura, embora existam formas de aplicar a informação. As mudanças nas culturas necessárias para aumentar a biomassa estão com baixa oferta de N: a) Aumentar a acumulação total de N pelo aumento do volume de solo explorado, densidade de enraizamento e afinidade da superfície da raiz para
. Isto irá manter a actual relação C/N da cultura; (b) aumentar a assimilação C por unidade de N, o que irá aumentar a biomassa e a relação C/N. Com baixa absorção de N e LAI inferior a 3, a energia luminosa não seria limitada em (a) ou (b); ambas as abordagens poderiam ser usadas. Com um amplo fornecimento e absorção de N, as possibilidades são: (c) Aumentar a quantidade de Cassimilação por unidade N, aumentando assim a biomassa e a razão C/N, ou (d) aumentar o N acumulado em componentes activos, mas mantendo a mesma quantidade de Cassimilação, aumentando assim a biomassa e mantendo a razão C/N. Ambos assumem que estará disponível energia suficiente, o que em geral é improvável, e que o CO2 não será limitador. Actualmente é, e a taxa de aumento do CO2 atmosférico é improvável que seja rápida ou suficientemente grande para aumentar a produção para o potencial genético obtido em CO2 elevado. Portanto, será necessário aumentar o potencial genético para o crescimento e produção das culturas quando o suprimento de N atender a demanda, mas as formas de fazer isso não são claras. Aumentar a eficiência fotossintética por unidade N ou luz não é uma tarefa trivial. As mudanças que ocorrem no metabolismo básico durante as melhorias alcançadas pelo melhoramento vegetal são desconhecidas e não podem mostrar as limitações que foram superadas para melhorar o potencial de rendimento genético. Elas envolveram em grande parte o aumento da capacidade de crescimento dos grãos, ao mesmo tempo em que diminuíram o crescimento vegetativo e mantiveram a capacidade do metabolismo C e N de fornecer os grãos, e prolongaram a estação de crescimento. As melhorias no C- e N-metabolismo básico não estão documentadas. A análise dos aspectos metabólicos e fisiológicos das respostas das plantas a
fornecimento e temperatura mostram a interação de muitos processos que determinam a resposta das plantas ao N. Tal informação é importante para orientar o desenvolvimento de métodos para melhorar a aplicação de N aos cultivos, na reprodução e para avaliar o potencial da manipulação genética para melhorar a eficiência do uso de N e o potencial de rendimento genético. A valorização das interações genótipo-ambiente é essencial. A análise sugere que o aumento da absorção de N requer mudanças nos sistemas radiculares e na afinidade de
transportadores. O aumento da eficiência do uso de N na fotossíntese exigiria alterações substanciais no metabolismo fotossintético. A melhoria do potencial de produção genética será uma tarefa importante, a longo prazo, improvável de ser alcançada pela tecnologia de engenharia genética atual. Uma combinação de métodos de selecção de reprodução e métodos moleculares pode fornecer formas de melhorar a eficiência do uso de N e o potencial genético.
Conhecimento
Os meus agradecimentos são estendidos aos editores da Edição Especial pelo convite e indulgência durante a produção do manuscrito. Também, todos os meus colegas, sem nome mas não esquecidos, que contribuíram durante muitos anos para este trabalho merecem um agradecimento especial.
>
,
,
.
.
. Wallingford: CAB International.
>
>
.
.
. In:
, ed.
.
:
,
–
.
>
>
,
,
,
>
.
.
.
,
–
.
>
(ed.).
.
. Nova Iorque: Marcel Dekker, Inc.
>
>
,
>
,
,
>
.
.
. In:
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
>
,
>
.
.
. In:
, ed.
.
:
,
–
.
>
>
.
.
.
,
–
.
>
,
.
.
.
,
–
.
>
, von
>
.
.
In:
,
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
>
.
.
. Cambridge: Imprensa da Universidade de Cambridge.
>
, Ferrario-
>
,
.
.
. In:
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
,
>
.
.
. In:
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
,
>
.
.
. In:
,
, Mc
, eds.
.
:
,
–
.
>
>
,
,
,
>
,
,
,
,
,
.
.
. In:
,
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
Kutík J, Nátr L, Demmers-
>
>
,
.
.
.
,
–
.
>
.
.
. In:
,
, eds.
. T
:
,
–
.
>
>
,
>
,
,
>
.
a. Nutrição nitrogenada e efeitos da temperatura no trigo: composição enzimática, nitrato e teor total de aminoácidos das folhas.
,
–
.
>
>
,
>
,
,
,
.
b. Nutrição nitrogenada e efeitos da temperatura no trigo: fotossíntese e fotorrespiração das folhas.
,
–
.
>
>
,
>
,
,
,
.
c. Nutrição nitrogenada e efeitos da temperatura no trigo: componentes solúveis das folhas e fluxos de carbono para aminoácidos e sacarose.
,
–
.
>
,
>
,
,
,
.
.
.
,
–
.
>
,
>
,
.
.
.
,
–
.
>
,
>
,
.
.
. In:
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
>
,
>
,
>
.
.
.
,
–
.
>
,
. (eds)
.
.
:
.
>
, de
>
.
.
. In:
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
Mächler F,
,
, Nösberger J.
.
.
,
–
.
>
>
,
>
,
,
>
.
.
.
,
–
.
>
,
, Larsson C-M,
.
.
: a comparison between relative addition rate and external concentration as driving variables
.
,
–
.
>
,
>
,
,
,
, Ku MSB,
.
.
. In:
,
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
.
.
.
,
–
.
>
>
,
.
.
.
,
–
.
>
>
,
>
,
,
>
.
.
.
,
–
.
>
Mitchell RAC,
, Parry MAJ,
.
. Existe margem para melhorar o equilíbrio entre as capacidades de regeneração RuBP e de carboxilação do trigo com CO2 elevado?
,
–
.
>
.
.
.
,
–
.
>
>
,
,
.
.
.
,
–
.
.
.
. In:
, ed.
.
:
,
–
.
>
>
,
>
.
.
.
,
–
.
>
>
,
>
,
,
>
.
.
. In:
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
>
,
>
. (eds)
.
.
, Edição Especial,
–
.
>
,
,
.
.
.
,
–
.
>
>
,
>
,
>
.
.
.
,
–
.
>
.
.
. In:
,
, Mc
, eds.
.
:
,
–
.
>
,
,
.
.
.
,
–
.
>
,
,
. (eds)
.
. Amesterdão: Elsevier Science bv.
>
>
,
>
,
>
.
.
. In:
,
, Mc
, eds.
.
:
,
–
.
>
.
.
. In:
,
,
, eds.
.
:
,
–
.
>
>
, Mitchell RAC, Parry MAF,
>
.
.
.
,
–
.
>
,
,
.
.
. In:
,
, eds.
.
:
,
–
.