Bioinsumos e mitigação do estresse abiótico

As mudanças climáticas afetam a agricultura, principalmente por meio do aquecimento global, condições extremas e variações nas chuvas, resultando em perda de carbono do solo, erosão, redução da fotossíntese extremos de seca e alagamento, o que diminui a produtividade agrícola, podendo reduzir pela metade as áreas de cultivo ​​até 2050.

A resposta das plantas à seca, incluindo o fechamento estomático, limita a fotossíntese e afeta o crescimento, comprometendo a segurança alimentar global. A degradação do solo e eventos climáticos extremos agravam esses problemas. Nesse contexto, agricultura sustentável, como o uso de microrganismos benéficas, como bactérias promotoras do crescimento de plantas (PGPB), surge como solução para mitigar esses impactos e melhorar a produtividade e a resiliência dos cultivos em cenários de mudanças climáticas e restrições econômicas.

Tendo o solo como fonte de diversidade microbiana, esses microrganismos são atraídos e recrutados por exsudados radiculares e compõe a comunidade microbiana da rizosfera (a região do solo ao redor das raízes das plantas), desempenhando papel crucial na disponibilidade de nutrientes e na redução de impactos de estressores bióticos e abióticos. Ainda neste sistema contínuo solo-rizosfera-raiz, parte da comunidade é seletivamente atraída para a superfície radicular (rizoplano) e para o interior dos tecidos (compartimento endofítico). A comunidade microbiana distribuída nestes diferentes nichos modula processos relacionados ao crescimento da planta hospedeira por meio do:

1. aumento a disponibilidade de nutrientes no sistema solo-planta através de processos biológicos como a fixação biológica de nitrogênio; solubilização de minerais e a mineralização de compostos orgânicos;
2. aumentando a absorção de nutrientes por meio da produção de hormônios com efeitos na arquitetura radicular (por exemplo, aumenta da emissão de raízes laterais, densidade de pêlos radiculares) e sobre bioquímica da absorção de nutrientes (ação sobre a cinética e o acoplamento do transporte de nutrientes.

Esses hormônios, como auxina, citocinina, giberelina e ácido abscísico, promovem mudanças nas raízes e em outras partes da planta, tornando-a mais eficiente na absorção de nutrientes do solo. Esses processos ajudam as plantas a crescerem mais saudáveis e de forma mais eficiente, aproveitando melhor os recursos disponíveis no ambiente.

Tolerância à seca mediada por bactérias

Para além da modulação da nutrição vegetal, essas associações mutualísticas entre plantas e bactérias no contínuo solo-planta desempenham um papel importante na adaptação e resiliência aos estresses bióticos e abióticos. Mecanismos de biocontrole contra patógenos bem descritos na literatura envolvem a ocupação dos nichos de infecção, produção de compostos antimicrobianos, moléculas indutoras de resistência local e sistêmica.

Entre os estresses abióticos, a deficiência hídrica ganha destaque no cenário de mudanças climáticas. Diferentes estudos apontam o papel dos bioinoculantes na mitigação do estresse hídrico e promoção do crescimento e desenvolvimento de plantas sob estresse hídrico. Uma combinação de diferentes mecanismos colabora para a melhor adaptação das plantas e aumento da tolerância a seca e envolvem mudanças na anatomia radicular e na vacuolização das células, ajustes bioquímicos com síntese citosólica de osmoprotetores, modulação do estresse oxidativo, ajustes fisiológicos no aparato fotossintéticos entre outros.

Neste contexto de resposta da planta modulada pelos bioinoculantes, hormônios como auxina, ácido abscísico (ABA), etileno e a enzima ACC desaminase[1] desempenham papéis importantes na resposta mitigadora das plantas, especialmente sob estresse. A auxina regula o crescimento das raízes, melhora a absorção de água e contribui para a adaptação das plantas à seca. O ABA, hormônio de estresse, promove o fechamento estomático e regula vários genes responsáveis ​​pela tolerância à desidratação em plantas. Estudos demonstram que a inoculação com bactérias pode aumentar o acúmulo de ABA, promovendo a resistência ao estresse. O etileno, embora normalmente iniba o crescimento, pode ser regulado por bactérias com ACC desaminase, reduzindo a produção de etileno e promovendo o crescimento mesmo em condições adversas. Essas interações hormonais e a modulação microbiana aumentam a eficiência no uso da água e a resistência das plantas aos estresses abióticos.

Sob estresse hídrico, as espécies reativas de oxigênio (ROS) geram radicais livres, causando danos às macromoléculas e comprometendo a homeostase das plantas. Enzimas antioxidantes desempenham um papel crucial na tolerância ao estresse hídrico, e inoculantes bacterianos ajudam a aumentar a atividade dessas enzimas, reduzindo os níveis de ROS e melhorando a proteção das plantas. A atividade de antioxidantes enzimáticos e não enzimáticos aumenta em resposta ao estresse. Estudos demonstram que a inoculação de Bacillus pumilus em Glycyrrhiza uralensis melhorou o desempenho fotossintético, mantendo a integridade das estruturas celulares do cloroplasto e mitocôndria sob estresse hídrico.

Exopolissacarídeos (EPS) secretados por microrganismos também exercem um papel na retenção de água no sistema, já que formam uma barreira protetora nas raízes, auxiliando no desenvolvimento das plantas sob estresse salino. Bactérias promotoras do crescimento de plantas (PGPB) como Bacillus, Pseudomonas e Azospirillum, entre outros, sintetizam EPS, os quais alteram a estrutura das raízes, atuando como emulsificantes e reduzindo os efeitos das ROS. Plantas inoculadas com essas bactérias acumulam mais prolina, açúcares e aminoácidos livres, além de apresentarem maior biomassa, área foliar e teor de proteína.

Inoculantes microbianos para mitigar o estresse da seca em agroecossistemas

A adoção de bioinoculantes cresce rapidamente, impulsionando inovação em bioprodutos. Em 2023, produtos baseados em Bradyrhizobium representaram 57% (74%, se olharmos as doses), sendo os mais relevantes em termos de uso. Enquanto, produtos com Azospirillum e Pseudomonas representaram atualmente 38% (26% em doses) das vendas no Brasil, mostrando crescimento expressivo na utilização nas lavouras (dados da Anpiibio)[2]. O mercado global de bioinsumos agrícolas em 2023 foi avaliado entre US$13 e 15 bilhões, incluindo todos os segmentos: controle, inoculantes, bioestimulantes e solubilizadores. Além disso, Inoculantes bacterianos para mitigar o estresse hídrico devem considerar mecanismos que favorecem a interação planta-micróbio. A sobrevivência bacteriana no campo depende de estratégias como acúmulo de osmoprotetores, respostas antioxidantes e regulação de genes do estresse. Avanços na caracterização molecular e na homeostase hormonal são essenciais, pois microrganismos influenciam a síntese e o equilíbrio hormonal das plantas.

O desenvolvimento de inoculantes bacterianos para mitigar o estresse hídrico em plantas pode se beneficiar da bioprospecção em ambientes áridos, explorando compartimentos solo-planta sob déficit hídrico. A seleção de cepas produtoras de exopolissacarídeos (EPSs) e formulações que estimulem sua secreção favorece a retenção de água e a proteção radicular. Além disso, a criação de comunidades microbianas sintéticas baseadas em dados metataxonômicos e o uso de aditivos que aumentam a sobrevivência bacteriana ou protegem os tecidos vegetais são estratégias promissoras.