Utilização de aminoácidos como estratégia para minimizar o estresse abiótico em plantas

Estima-se que até o ano de 2025, a população mundial chegue a 8 bilhões de pessoas. Com o aumento populacional, tem-se a necessidade de aumentar a produção de alimentos para atender a demanda das pessoas por comida, garantindo a segurança alimentar. Aliado ao crescimento populacional e necessidade de produzir mais alimentos, tem-se as mudanças climáticas que vêm afetando cada vez mais a agricultura. 

Cada vez mais a ocorrência de fenômenos como a seca, altas temperaturas e excesso de chuva tem se tornado frequente e isso pode afetar o rendimento das culturas, diminuindo a produção de alimentos e, consequentemente, o retorno econômico do produtor. O principal efeito das mudanças climáticas nas plantas é a elevação na produção de espécies reativas de oxigênio que, em altas concentrações, podem ocasionar a morte das células, afetando o desenvolvimento normal das plantas. Dessa maneira, a utilização de técnicas que permitam mitigar o estresse causado pelas mudanças climáticas nas plantas é de extrema importância para garantir a produção de alimentos e o retorno financeiro para o produtor.

A utilização de complexos de aminoácidos na agricultura é amplamente difundida em diversas culturas com o objetivo de bioestimular as plantas, reduzir a fitotoxidade de herbicidas e fungicidas e aumentar a tolerância a estresses abióticos. Os aminoácidos desempenham um papel ativo nas reações das plantas a muitos estresses. Em plantas de soja, aminoácidos como cisteína, glutamato, glicina e fenilalanina podem atuar como sinalizadores, pois, em pequenas doses, são capazes de aumentar a atividade de enzimas antioxidantes. Porém, o termo “complexo de aminoácidos” é genérico para expressar as funções isoladas de cada aminoácido, criando um desconhecimento de como, onde e quando essas moléculas são formadas, para que servem e como essas substâncias agem nas plantas.

Os aminoácidos são moléculas orgânicas, solúveis, energéticas e de fácil degradação, sintetizadas a partir do processo de assimilação do nitrogênio e da fotossíntese nas rotas da glicólise, ciclo do ácido cítrico e da via da pentose fosfato. No total, as plantas produzem 20 aminoácidos essenciais e na ausência de um ou mais aminoácidos essenciais a planta não completa o ciclo de vida. 

A maior função dos aminoácidos na planta é a formação de proteínas, essas são formadas a partir da união dos aminoácidos. De maneira geral, existem mais de 3.000 proteínas em uma única célula vegetal e para compor cada proteína é necessário no mínimo 70 aminoácidos. Está apresentado abaixo, os principais aminoácidos e suas respectivas funções em plantas. 

Serina - atua na formação do embrião em sementes;

Cisteína- age na tolerância à seca e altas temperaturas atuando como precursor do metabolismo antioxidante e de glutationa;

Glicina - aumenta açúcares, carboidratos, proteínas, clorofila e atua na regulação osmótica e celular. Além disso, este aminoácido possui papel importante como osmoprotetor na resistência à seca e na fixação biológica do nitrogênio em plantas leguminosas;

Fenilalanina - síntese de flavonoides, fenilpropanoides, lignina e antocianinas;

Triptofano  - síntese de auxina, diferenciação celular e inibição de ABA;

Valina - regula o crescimento da planta e atua em um suprimento adicional de nitrogênio;

Leucina - aumenta a velocidade do processo de germinação e influência na síntese de outros aminoácidos;

Alanina - age na proteção das plantas contra estresses como altas temperaturas, hipóxia e seca;

Aspartato - percursor de metionina, biossíntese de biomoléculas necessárias para o crescimento e defesa das plantas, formação de clorofila e desenvolvimento do pólen;

Asparagina - armazenamento e transporte de nitrogênio na planta;

Metionina - biossíntese de poliaminas, quelante de zinco, formação de etileno, auxilia na incorporação de enxofre, favorece assimilação de nitrato e eleva a espessura da cutícula;

Lisina - quelante natural de zinco;

Tirosina - precursores para formação de metabólitos especializados;

Isoleucina - acúmulo de antocianina;

Prolina - aumenta açúcares, carboidratos, proteínas, clorofila e atua na regulação osmótica e celular, além de influenciar na fixação biológica do nitrogênio. A prolina é um importante aminoácido osmoprotetor na resistência à seca;

Glutamato - atua na germinação de sementes, arquitetura de raiz, germinação de pólen e crescimento do tubo polínico;

Arginina - estimula o crescimento do sistema radicular e está diretamente relacionada com a síntese de citocinina e clorofila;

Glutamina - age na síntese de flavonoides, clorofila e aumenta a nodulação e germinação de sementes, além de possuir alto poder quelatizante;

Histidina - quelante natural de cobre, zinco e níquel.

Entendendo as funções de cada aminoácido, é possível posicionar melhor cada um em aplicações individuais e/ou selecionar produtos à base de mixes de produtos mais adequados para cada ambiente de cultivo. Na safra 2021/2022, realizamos três ensaios de pesquisa comparando a aplicação de 15 aminoácidos isolados e a glicina betaína em condições de campo na região do Oeste da Bahia. O ensaio I foi conduzido em área compactada (3600 KPa) com 34 dias de chuvas diárias e intensas provocando uma situação de hipóxia. No ensaio II a área foi subsolada e possuía fertilidade média e sem a presença de estresse caracterizando uma condição normal de cultivo. No ensaio III a área passou por mais de 40 dias de veranico durante o terço final do ciclo da cultura. Está demonstrado na Figura 1, os três principais aminoácidos que mais influenciaram na produtividade em cada uma das condições citadas anteriormente.

Isoladamente, verificamos que o composto quaternário glicina betaína foi o mais frequente em incremento de produtividade em comparação aos aminoácidos, contudo a serina é um aminoácido muito importante para a produção de glicina betaína na planta e, no ambiente de hipóxia, é o aminoácido que mais impacta na produtividade. Assim, em áreas com excesso de chuva ou falta de oxigênio no solo, a adoção da serina substitui a glicina betaína. 

A prolina é o aminoácido mais comentado em relação à tolerância a estresses, principalmente por déficit hídrico. Em nossos resultados, verificamos que a prolina foi importante tanto em condições de seca como também em condições normais de cultivo, e isso é importante para estimular o uso desse aminoácido, haja vista os benefícios que seu uso pode proporcionar. A arginina, metionina e ácido glutâmico foram outros aminoácidos que se destacaram nos ambientes de produção estudados.

O ácido glutâmico é o principal aminoácido presente na maioria dos produtos comerciais, sendo o primeiro aminoácido produzido pelas plantas e a partir dele outros aminoácidos são formados. Apesar de ser um excelente aminoácido, sua alta concentração nos produtos comerciais acaba inibindo a ação específica de outros aminoácidos mais efetivos a preparar a planta para estresses abióticos. Tendo em vista que os complexos de aminoácidos são menos eficientes nos ambientes de cultivo com a presença de estresse e os produtos com menor número de aminoácidos ou mesmo isolados são mais eficientes para condições específicas, conforme está apresentado na Figura 2.

Conforme apresentado na Figura 2, propõe-se ineditamente uma separação simples em termos de composição de aminoácidos em complexos e isolados, pode ser utilizada como uma orientação básica de como aplicar os aminoácidos para a obtenção de melhores resultados. Ou seja, os aminoácidos de manejo devem ser aplicados em doses mais baixas e com maior frequência enquanto que os aminoácidos de estresse devem ser aplicados estrategicamente em doses mais elevadas, baseando-se nas características individuais do principal e/ou principais aminoácidos presente no produto a ser utilizado para combater o estresse.

Vale lembrar que para maximizar os efeitos dos aminoácidos utilizados, tanto em condições de estresse quanto em condições normais, é de extrema importância o solo utilizado para o cultivo estar devidamente corrigido e apresentar boa fertilidade. Além disso, quando se usa um aminoácido visando combater um determinado tipo de estresse abiótico, é importante que a aplicação seja realizada preferencialmente antes da ocorrência do estresse, pois dessa maneira é possível preparar a planta, através de seus processos fisiológicos e bioquímicos, de modo que sua tolerância ao estresse seja aprimorada. 

Por fim, a aplicação de aminoácidos isolados pode vir a se tornar mais usual e efetiva à medida que nomes e funções sejam dadas a cada aminoácido. Mas enquanto esse conhecimento não seja popular e os complexos de aminoácidos ainda prevaleçam, vale utilizar o conceito de aminoácidos de manejo e aminoácidos de estresse para que os objetivos das aplicações sejam atingidos. Isso ressalta a importância da difusão da ciência e tecnologia proveniente das pesquisas acadêmicas para aumentar os conhecimentos do produtor.