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Phosphorus-solubilizing microorganisms: A key to sustainable agriculture

A. M. X. Carvalho, J. Dória, L. I. Silva, M. C. Pereira, M. Pasqual, V. H. Buttrós

Esta revisão aborda o papel dos microrganismos solubilizadores de fósforo como uma alternativa sustentável para otimizar o uso desse nutriente essencial na agricultura. São discutidos os principais mecanismos de solubilização e mineralização do fósforo, destacando como bactérias e fungos podem converter formas insolúveis em disponíveis para as plantas, reduzindo a dependência de fertilizantes fosfatados. A revisão também explora os benefícios da inoculação desses microrganismos para as culturas e as práticas de manejo que podem aumentar a eficiência do uso do fósforo, contribuindo para a sustentabilidade ambiental e socioeconômica.

Mobilização de fósforo, mineralização, mecanismos microbianos, recursos naturais, agricultura sustentável, microrganismos promotores do crescimento vegetal

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Copper stress in rice: Perception, signaling, bioremediation and future prospects

D. Akhter, D. K. Bhattacharjya, F. Islam, J. Chen, M. M. Rob, M. S. S. Khan, T. Islam

Esta revisão aborda a dinâmica do cobre em solos agrícolas, as fontes de contaminação, os mecanismos de absorção e translocação, e as estratégias de defesa da planta, como a quelação, a compartimentalização e as respostas antioxidantes. O acúmulo excessivo de cobre em solos agrícolas, frequentemente por ação antrópica, compromete a germinação, o crescimento e a fotossíntese do arroz, reduzindo a fertilidade do solo e a produtividade da cultura. A revisão também destaca a necessidade de programas de melhoramento para desenvolver variedades de arroz com menor acúmulo de cobre, além de recomendar medidas regulatórias e de manejo para prevenir a contaminação e atingir metas agrícolas sustentáveis.

Arroz, toxicidade do Cu, sinalização de estresse, mecanismo de defesa, biorremediação

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Altered cell wall plasticity can restrict plant growth under ammonium nutrition

A. Podgórska, B. Szal, D. Solecka, J. Zebrowski, K. Gieczewska, M. Burian, M. Ostaszewska-Bugajska

Este artigo demonstrou que plantas de Arabidopsis thaliana cultivadas com excesso de amônio apresentam células menores com paredes mais espessas, maior densidade de microfibrilas de celulose e maior resistência à tração. A toxicidade do amônio está associada à redução da atividade de enzimas que hidrolisam pectinas e de expansinas, além do aumento da atividade de peroxidases, que promovem a reticulação dos polímeros da parede. Essas alterações comprometem a expansão celular e reforça a importância do manejo adequado da fonte de nitrogênio em sistemas agrícolas.

Síndrome de toxicidade por amônio, reticulação de polissacarídeos da parede celular, enzimas modificadoras da parede celular, rigidez da parede celular, inibição do crescimento, rigidez à tração

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Phosphorus (P) and Zinc (Zn) nutrition constraints: A perspective of linking soil application with plant regulations

F. Nadeem, F. Waseem, L. Deng, N. Ali, R. Mahmood, R. Wang, S. Abbas, S. Bibi, X. Li, Y. Zhong

Esta revisão aborda a dinâmica do fósforo e zinco no sistema solo-planta, explorando os progressos no conhecimento sobre transportadores e reguladores de fósforo e zinco, com o objetivo de vincular as práticas de aplicação ao solo com os mecanismos de regulação vegetal. A coexistência de fósforo e zinco no solo representa um desafio global para a nutrição de plantas, tanto em solos ácidos quanto em solos alcalinos calcários, devido à precipitação de fosfato de zinco. A compreensão integrada desses processos é essencial para superar as restrições de disponibilidade e otimizar a nutrição das culturas.

Antagonismo entre P e Zn, taxas de aplicação no solo, acúmulo em tecido vegetal, genes responsivos a P e Zn, culturas agrícolas

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Synergistic effects of nitrogen metabolites on auxin regulating plant growth and development

S. Yuan, X. Y. Yang, Y. F. Fu, Z. W. Zhang

Este artigo de opinião explora as interações sinérgicas entre metabólitos do nitrogênio como nitrato, amônio, triptofano e óxido nítrico, e a auxina na regulação do crescimento e desenvolvimento vegetal. Essas interações sinérgicas aprofundam a compreensão de como o metabolismo do nitrogênio influencia processos como germinação, elongação radicular, gravitropismo e floração, abrindo caminho para estratégias de manejo nutricional mais eficientes.

Metabólitos de nitrogênio, amônio, nitrato redutase, óxido nítrico, triptofano aminotransferase, sinalização e transporte de auxina

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Plant drought stress: effects, mechanisms and management

A. Wahid, D. Fujita, M. Farooq, N. Kobayashi, S. M. A. Basra

Esta revisão descreve os efeitos da seca em nível morfológico, fisiológico e molecular, e apresenta as estratégias de manejo para mitigar seus impactos. As plantas respondem ao déficit hídrico por meio de mecanismos como o fechamento estomático, o ajuste osmótico com solutos como prolina e glicina-betaína, e a ativação de genes de resposta à desidratação. O manejo do déficit hídrico envolve desde o melhoramento genético e a seleção assistida por marcadores até a aplicação exógena de hormônios e osmoprotetores, visando aumentar a resiliência das culturas e garantir a segurança alimentar.

Resposta à seca, oscilação estomática, osmoprotetores, hormônios, proteínas de estresse, manejo da seca, CO2

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Chloride: from nutrient to toxicant

C. Geilfus

Esta revisão aborda o papel dual do cloreto nas plantas, funcionando como um micronutriente essencial em baixas concentrações, mas tornando-se um tóxico em solos salinizados. O acúmulo excessivo de cloreto em plantas sensíveis ao sal causa clorose e necrose, reduzindo a produtividade das culturas. O artigo propõe explicações mecanísticas para os danos induzidos pelo cloreto e revisa estratégias que as plantas utilizam para evitar seu acúmulo excessivo.

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Effect of manganese-rich solid waste on soil phosphorus availability applied as monopotassium and rock phosphate in two contrasting soils

K. Abdalla, L. Titshall, M. A. Elsheikh, P. Muchaonyerwa

Este artigo investigou como a adição de resíduos sólidos ricos em manganês afeta a disponibilidade de fósforo em solos de texturas contrastantes, utilizando duas fontes de fósforo. Os resultados mostraram que a adição do resíduo de manganês reduziu significativamente a disponibilidade de fósforo em ambos os solos, com as maiores reduções no solo arenoso. Os achados indicam que o resíduo rico em manganês tem melhor desempenho em solos argilosos com adição de fosfato de rocha, abrindo caminho para estratégias de fitorremediação e reaproveitamento de resíduos da mineração.

Rocha fosfática, KH2PO4, experimento de incubação, resíduos de mineração, África do Sul

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Nutrient cycling is an important mechanism for homeostasis in plant cells

I. Dreyer

Este artigo revela que a manutenção da concentração de nutrientes no citosol das plantas depende de uma rede de transportadores de membrana com diferentes mecanismos de energização. Através de simulações matemáticas, o estudo demonstra que um único tipo de transportador é insuficiente para ajustar a concentração iônica em resposta a diferentes condições externas. Este entendimento abre caminho para o desenvolvimento de estratégias que aumentem a eficiência do uso de nutrientes pelas plantas, considerando a complexa interação das redes de transporte a nível celular.

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Silicon as a Smart Fertilizer for Sustainability and Crop Improvement

A. Ghimire, J. Q. Attipoe, L. Lay, R. Tayade, W. Khan, Y. Kim

Esta revisão aborda o potencial do silício como um "fertilizante inteligente" para a agricultura sustentável, discutindo os diferentes tipos de fertilizantes à base de silício, suas aplicações, disponibilidade e resultados de experimentos em campo e casa de vegetação. A revisão destaca que a aplicação de fertilizantes à base de silício deve aumentar no futuro, especialmente com o advento da nanotecnologia, que pode ampliar ainda mais sua eficiência e uso. Os autores reforçam a necessidade de maior conscientização e investigação científica sobre o nanoSi, posicionando esta revisão como um ponto de partida para futuras pesquisas e para a promoção do silício como uma ferramenta chave para a melhoria da produtividade agrícola e da sustentabilidade.

Silício, fertilizantes, agricultura, sustentabilidade, estresse abiótico e biótico, transportadores de Si

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Root and cell hydraulic conductivity, apoplastic barriers and aquaporin gene expression in barley (Hordeum vulgare L.) grown with low supply of potassium

D. Meng, F. Corre, J. Althea Sirigiri, O. Coffey, R. Bonfield, W. Fricke

Este artigo investigou como a deficiência de potássio afeta as propriedades hidráulicas das raízes de cevada (Hordeum vulgare). Os resultados indicam que a regulação da condutividade hidráulica das raízes, possivelmente mediada pela modulação da expressão de aquaporinas, é um mecanismo primário de ajuste para equilibrar a absorção de água com a perda por transpiração sob condições de baixo potássio. Assim em resposta à baixa disponibilidade de potássio, as plantas aumentaram a relação superfície radicular/parte aérea, mas reduziram significativamente a condutividade hidráulica das raízes e das células do córtex.

Aquaporina, cevada (Hordeum vulgare), banda de Caspary, sonda de pressão celular, endoderme, proteína intrínseca da membrana plasmática, potássio, condutividade hidráulica da raiz, suberina, transpiração

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Molecular mechanisms affected by boron deficiency in root and shoot meristems of plants

C. C. Schäfer, L. Chu, M. S. Matthes

Esta revisão aborda como a deficiência de boro afeta os meristemas radiculares e caulinares, tecidos essenciais para o crescimento das plantas. A revisão compila e discute as adaptações fenotípicas e moleculares induzidas pela carência de boro em espécies como Arabidopsis, milho, arroz e canola, destacando diferenças específicas entre tecidos. O entendimento desses mecanismos é fundamental para o manejo da nutrição e o desenvolvimento de culturas mais tolerantes à deficiência de boro em solos agrícolas.

Auxina, deficiência de boro, citocinina, etileno, meristema

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Endophytic bacteria in microbial preparations that improve plant development: review

A. V. Shcherbakov, A. Y. Borisov, B. Lugtenberg, G. A. Ahtemova, I. A. Tikhonovich, N. V. Malfanova, V. K. Chebotar

Esta revisão aborda o potencial das bactérias endofíticas como componentes de preparações microbianas para melhorar o desenvolvimento vegetal. A revisão consolida informações sobre a possibilidade de uso dessas bactérias para aumentar a produtividade e a qualidade das culturas agrícolas, destacando seu papel como uma ferramenta promissora para a agricultura sustentável.

Bactérias endofíticas, associações de plantas com microrganismos, inoculação de microrganismos endofíticos

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Zinc metalloenzymes in plants

A. C. González-Franco, A. Hernández-Rodríguez, D. Ojeda-Barrios, G. R. López-Ochoa, J. Castillo-González, L. Robles-Hernández

Este artigo analisa o papel do Zn em metaloproteínas envolvidas no metabolismo vegetal, destacando a importância da sua disponibilidade no solo para a produtividade das culturas. O zinco é um micronutriente essencial que atua como cofator de diversas metaloenzimas vegetais, como a desidrogenase alcoólica, a superóxido dismutase, a anidrase carbônica e a RNA polimerase. A deficiência de zinco inibe a síntese proteica e afeta a produção de triptofano, precursor da auxina, comprometendo o desenvolvimento vegetal.

Desidrogenase alcoólica, anidrase carbônica, cofatores, superóxido dismutase e aldolase, triptofano sintase

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Biophysical rhizosphere processes affecting root water uptake

A. Carminati, E. Kroener, M. A. Ahmed, M. Holz, M. Zarebanadkouki

Esta revisão aborda mecanismos biofísicos e fisiológicos fundamentais da absorção de água pelas raízes, com ênfase no papel da mucilagem excretada pelas raízes. A mucilagem aumenta a umidade do solo em potenciais hídricos negativos e mantém a rizosfera úmida durante a absorção de água, possivelmente preservando a conexão hidráulica entre raízes e solo. Apesar dos avanços em técnicas de imagem, ainda falta uma compreensão geral de como a rizosfera afeta a absorção de água, sendo a medição do gradiente de potencial hídrico ao redor das raízes o elo que falta para elucidar completamente o processo.

Condutividade hidráulica, métodos de imagem, modelagem, mucilagem, radiografia de nêutrons, exsudatos radiculares, contato raiz-solo, interações raiz-solo, potencial hídrico

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Humic acids interfere with nutrient sensing in plants owing to the differential expression of TOR

F. L. Olivares, L. P. Canellas, N. O. A. Canellas, T. S. Soares

Este artigo investigou como os ácidos húmicos, componentes bioativos da matéria orgânica do solo, interferem na percepção de nutrientes pelas plantas. Os resultados mostraram que baixas concentrações de ácidos húmicos alteraram a expressão do gene alvo da rapamicina (TOR) em plântulas de milho, uma quinase central que regula o crescimento celular em resposta à disponibilidade de nutrientes. Essa interferência na sinalização nutricional ocorreu independentemente das concentrações de metabólitos como aminoácidos e açúcares, sugerindo que as substâncias húmicas atuam diretamente na via de sinalização, modificando a capacidade da planta de perceber seu estado nutricional.

Efeitos fisiológicos, metaboloma, nutrição celular, substâncias húmicas, tecnologias de intensificação ecológica, bioestimulantes

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Nitrate signaling promotes plant growth by upregulating gibberellin biosynthesis and destabilization of DELLA proteins

A. L. Phillips, B. Gallova, E. Carrera, G. Krouk, J. M. Davière, L. Camut, L. Jilli, L. Sakvarelidze-Achard, M. Sirlin-Josserand, P. Achard, P. Hedden, S. G. Thomas, S. Ruffel

Este artigo demonstrou que o nitrato promove o crescimento em Arabidopsis e trigo ao aumentar a biossíntese de giberelinas, o que, por sua vez, reduz a abundância das proteínas DELLA, que são repressoras do crescimento. A deficiência de nitrato restringe o crescimento, mas esse efeito é parcialmente revertido em mutantes sem DELLAs. O nitrato estimula tanto a proliferação quanto o alongamento celular, mostrando que a sinalização do nitrato e das GAs está interligada para adaptar o crescimento da planta à disponibilidade de nitrogênio.

Arabidopsis, proteínas DELLA, giberelinas, crescimento, biossíntese de hormônios, nitrato, desenvolvimento vegetal, trigo

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Photoactivation: the light-driven assembly of the water oxidation complex of photosystem II

H. Bao, R. L. Burnap

Esta revisão aborda o processo de fotoativação, pelo qual o complexo de oxidação de água do fotossistema II é montado em um processo dependente de luz. A compreensão desse mecanismo é fundamental para desvendar como as plantas e cianobactérias se recuperam de danos fotoinduzidos e mantêm a eficiência fotossintética. A fotoativação utiliza a separação de cargas do centro de reação fotoquímica para oxidar e organizar íons de manganês e cálcio, formando o aglomerado Mn₄CaO₅, capaz de catalisar a oxidação da água. Embora muitos aspectos desse processo permaneçam obscuros, os avanços na estrutura cristalina do complexo fotossistema II e na estabilidade de seus íons constituintes oferecem novas perspectivas para interpretar experimentos passados e orientar pesquisas futuras.

Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), manganês, ponte oxo, evolução de oxigênio, fotoativação, fotossistema II, oxidação da água

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Altered calcium and potassium distribution maps in tomato tissues cultivated under salinity: studies using X-ray fluorescence (XFM) microscopy

A. Al Hosni, D. C. Joyce, M. Hunter, M. L. Perkins, R. Al Yahyai

Este artigo utilizou a microscopia de fluorescência de raios X para mapear a distribuição in situ de cálcio (Ca²⁺) e potássio (K⁺) em tecidos de folíolos e frutos de tomate cultivados sob condições de salinidade. A adição de Ca²⁺ amenizou a falha mecânica induzida por Na⁺ e restaurou a firmeza dos frutos. Os resultados oferecem novas perspectivas sobre a dinâmica do cálcio e potássio no mesocarpo do fruto do tomate sob salinidade, melhorando a compreensão das propriedades mecânicas dos frutos e da deficiência de cálcio, um problema que afeta significativamente a qualidade pós-colheita.

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Fertilizantes de matriz orgânica e seus impactos na saúde do solo, na segurança alimentar e nas mudanças climáticas

João Lucas Barbosa, Luana Corrêa Silva, Paulo Sergio Costa Trindade, Philippe Solano Toledo Silva, Rodrigo Silva Alves, Thiago Assis Rodrigues Nogueira, Victor Hugo Tavares

A agricultura do futuro demanda sistemas de cultivo mais eficientes, capazes de expandir a produção de alimentos frente às restrições ambientais e às mudanças climáticas. Os solos tropicais brasileiros, predominantemente intemperizados, ácidos e com baixa fertilidade natural, exigem um manejo nutricional estratégico para alcançar elevados patamares de produtividade. Nesse cenário, os fertilizantes orgânicos derivados de resíduos vegetais, animais, agroindustriais e urbanos surgem como alternativas promissoras para melhorar a fertilidade do solo, a nutrição vegetal e o rendimento das culturas, além de viabilizar a disposição sustentável desses resíduos. Contudo, apesar dos avanços na compreensão dos efeitos desses insumos sobre a qualidade e a saúde do solo, a substituição integral dos fertilizantes minerais por fontes puramente orgânicas ainda gera incertezas, torna-se imprescindível, portanto, o avanço contínuo de pesquisas científicas de longo prazo que avaliem a interação desses fertilizantes com diferentes sistemas de manejo, visando à consolidação de práticas agrícolas sustentáveis.

Gases do efeito estufa, lodo de esgoto, composto, biocarvão, matéria orgânica

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