Sensor acompanha os processos de respiração e transpiração das plantas
Segundo os criadores, o dispositivo facilitará o monitoramento de lavouras em tempos de mudanças climáticas
A falta de água é um problema enorme para as plantas, mas a severidade da reação à escassez do líquido varia conforme a espécie.
Enquanto algumas exibem sinais claros de estresse logo no começo da desidratação, outras só começam a murchar depois de sofrer danos significativos. Por isso, é essencial detectar a privação de água o quanto antes, seja em vasos domésticos, seja em grandes fazendas. Métodos utilizados em plantações baseiam-se em estudos de satélite ou sensores presentes no solo, mas eles não fornecem informações sobre como as plantas estão reagindo ao ambiente.
Esse tipo de dado, de difícil acesso, poderá ser fornecido por um dispositivo criado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos. Em testes divulgados, neste mês, na revista Lab on a Chip, um sensor feito de nanotubos de carbono conseguiu registrar quando um único estômato — poros microscópicos responsáveis pela troca de gases e a transpiração de vegetais, também chamados de estomas — estava aberto ou fechado.
A informação coletada ao longo do tempo pôde indicar as condições de luz às quais a planta estava exposta e também se ela estava sofrendo com falta de água. Segundo os criadores, usando o novo sensor, será possível detectar uma situação de seca em apenas dois dias de monitoramento. Com as mudanças climáticas, variações de temperatura e secas devem se tornar cada vez mais comuns, e a detecção prévia dessas condições pode ajudar a proteger as plantações, ressaltam.
"O sensor de estômato baseia-se na medição da condutividade elétrica através de uma interface mecânica e elétrica impressa em um estoma", resume Volodymyr Koman, principal autor do artigo. "Quando o poro se abre, o circuito o acompanha e a resistência elétrica aumenta.
Quando o poro se fecha, a interface ganha contato novamente e a resistência cai, revelando, assim, o estado do estoma."
O dispositivo é feito de uma tinta de nanotubos de carbono, um material com boas propriedades de condução elétrica, dissolvidos em um composto orgânico chamado decil sulfato de sódio, que não danifica a planta. O sensor foi aplicado em um estômato, e os pesquisadores usaram um multímetro para medir diretamente no sensor se o estômato estava aberto ou fechado.
Os testes foram feitos com a planta lírio-da-paz, muito usada para decoração e selecionada por ter grandes estomas. Para aplicar o sensor, os pesquisadores usaram um molde com pequeno canal microfluídico, por meio do qual a tinta de nanotubos de carbono foi depositada na superfície da folha. "Existem 70 parâmetros conhecidos que afetam a abertura estomática, incluindo a concentração de dióxido de carbono, a iluminação, os hormônios vegetais e outros reagentes químicos", lista Koman. O pesquisador explica que o sensor está diretamente ligado a essa dinâmica e, por isso, pode ser usado para estudar qualquer parâmetro que afeta um estoma.
Reações alteradas
Durante a pesquisa, a equipe focou em dois desses fatores: a luz e a escassez de água. Eles analisaram de qual forma diferentes frequências e intensidades de luz afetam o tempo de abertura e fechamento dos poros, além de estudar o impacto da seca nesse processo. O tempo normal de abertura de um estômato, depois que ele é exposto à luz, é de sete minutos, e o tempo de fechamento, de 53 minutos. Porém, sob estresse hídrico do experimento, a abertura aumentou para 25 minutos, enquanto o fechamento encurtou para 45.
Até então, não era possível acompanhar em tempo real o funcionamento de um estômato, uma estrutura primordial para o funcionamento dos vegetais, ressalta Carlos Souza, pesquisador da Embrapa Agroenergia. "O grande papel deles é possibilitar os processos de fotossíntese e respiração da planta de uma forma equilibrada. Dessa forma, evita-se a escassez de CO2 ou a perda excessiva de água e, consequentemente, o colapso no funcionamento da planta", explica o especialista que trabalha com métodos para o estudo do efeito de fatores estressantes em espécies vegetais.
Volodymyr Koman destaca a mesma aplicação. "O comportamento estomático determina a troca de gases com o ambiente, afetando o crescimento. Portanto, o sensor pode ser usado na agricultura, especialmente no contexto das mudanças climáticas", diz. O pesquisador também sinaliza outras funcionalidades para o sensor.
"Ele também poderá ser usado em estudos biológicos fundamentais para monitorar a dinâmica dos estomas por períodos prolongados de tempo. Finalmente, as células que formam um estômato costumam ser usadas para modelar o desenvolvimento e o comportamento celulares. Para esse fim, sensores poderão ajudar a estudar o comportamento dessas estruturas em espécies geneticamente modificadas."
*Estagiário sob a supervisão da subeditora Carmen Souza
"O método proposto pelos autores do MIT é bastante engenhoso. Comparado aos usados hoje, tem duas grandes desvantagens: permite avaliar apenas um estômato de cada vez e somente permite avaliar se ele está fechado ou aberto. Ele não permite determinar o grau de abertura do estômato, o que é muito importante, dependendo da aplicação. Mas há uma novidade que pode ser considerada uma vantagem sobre os outros métodos disponíveis. O sensor tem aplicabilidade para determinar quanto tempo o estômato leva para abrir e fechar em resposta a vários estímulos ambientais, como intensidade e quantidade de luz, concentração de CO2 e seca. Além disso, tem a vantagem do monitoramento em tempo real, em longo prazo — há de se considerar que sete dias é, realmente, muito tempo para se avaliar a resposta estomatal — e sem modificar o microclima. Em resumo, todos os métodos são importantes e cada um continuará a ter o seu campo de aplicação na pesquisa. O que todos eles têm em comum é que são bastante demandados, tanto na pesquisa básica quanto na aplicada, mas nenhum deles têm aplicação direta na agricultura no nível de produtor rural, ao contrário do que sugerem os autores da pesquisa.
Não faz sentido usar esses métodos para avaliar a deficiência hídrica em uma lavoura, muito menos em uma plantinha esquecida sobre uma escrivaninha."
Carlos Antônio Ferreira de Sousa, pesquisador da Embrapa Agroenergia, trabalha com métodos para o estudo do efeito de fatores estressantes em espécies vegetais