Multiple effects of climate change on plants: implications for natural ecosystems and agriculture

Abstract

Nesta tese, exploramos as complexas dinâmicas das respostas das plantas a um clima em rápida mudança, examinando desde alterações nas estratégias funcionais em ecossistemas específicos até a interação entre plantas e microrganismos sob condições climáticas alteradas. No primeiro capítulo, investigamos os efeitos de longo prazo do aumento de temperatura e do déficit hídrico no Campo Rupestre. Postulamos que, independentemente do habitat, as condições ambientais deste ecossistema tendem a favorecer maior alocação de recursos para manter a estratégia de tolerância ao estresse, uma tendência que pode estar sendo intensificada pelas recentes mudanças climáticas. Para testar essa hipótese, empregamos dados de campo sobre estratégias ecológicas das plantas combinados com técnicas de sensoriamento remoto para examinar a reflectância histórica e informações climáticas. No geral, as comunidades vegetais do Campo Rupestre apresentam uma alocação mais pronunciada à estratégia tolerante ao estresse. As tendências observadas nos últimos quarenta anos indicam aumento da temperatura e do déficit hídrico. Essas mudanças estão ligadas a um aumento na alocação de recursos para características de tolerância ao estresse na vegetação. No entanto, em longo prazo, a mudança nas proporções das estratégias funcionais CSR (competitiva, estresse tolerante, ruderal) sugere um favorecimento de espécies mais competitivas em detrimento das tolerantes ao estresse ou mudanças na plasticidade vegetal. Espécies que anteriormente dominavam devido à sua capacidade de resistir a condições adversas estão sendo substituídas por aquelas que são mais eficientes na competição em um ambiente em mudança. No segundo capítulo, avaliamos a influência das elevadas concentrações de dióxido de carbono (eCO2) e temperatura (eT) sobre os fatores limitantes da fotossíntese, examinando como mudanças no metabolismo primário podem afetar a produtividade e os atributos florais que atraem polinizadores. Escolhemos o girassol para este estudo. De modo geral nossos resultados mostraram que a eCO2eT melhorou o desempenho fisiológico dos girassóis, mas isso não foi acompanhado por um aumento no crescimento e na produtividade. A redução na produção de sementes de girassol pode ter impactos negativos na ecologia, na diversidade genética e na economia agrícola. Embora o eCO2eT não tenha afetado o tamanho da inflorescência do girassol, afetou a pigmentação das pétalas e a qualidade do pólen, o que pode ter implicações significativas para a saúde dos polinizadores. No terceiro capítulo, investigamos como o eCO2 e a eT podem influenciar a relação simbiótica entre planta e fungo, selecionando como modelo de estudo o girassol e o fungo Aspergillus flavus. Nossa hipótese central é que uma cepa específica de A. flavus, atuando como um endófito simbiótico, poderia desempenhar um papel crucial na aclimatação do girassol a ambientes de eCO2 e eT, melhorando seu desempenho fisiológico. Nossos resultados mostram que a inoculação do girassol com A. flavus em condições isoladas de eCO2 e temperatura ambiente melhora o nitrogênio foliar, a clorofila e a biomassa. Contudo, a inoculação com A. flavus evitou os efeitos positivos tipicamente associados ao eCO2. Esta inibição pode ser resultado da alteração da capacidade de colonização do fungo e de mudanças na produção de metabólitos secundários da planta sob o eCO2, ambos críticos na dinâmica planta-fungo. Por outro lado, sob condições de eT, A. flavus aumenta a taxa de transporte de nitrogênio e elétrons foliar. Embora A. flavus não afete as trocas gasosas foliares em girassóis, a ausência do fungo sob condições combinadas de eCO2 e eT leva a um aumento na fotossíntese. Em contraste, o eT por si só resulta em maior eficiência no uso da água e redução da condutância estomática. Sob eCO2eT, A. flavus diminui a intensidade de fluorescência da clorofila a, sugerindo um impacto negativo no transporte de elétrons, embora não ocorram danos visíveis nas folhas. Sob condições combinadas de CO2 ambiente e eT, foi observada uma melhoria na eficiência fotossintética em girassóis. Estes estudos destacam a necessidade de abordagens integradas que considerem a complexidade das respostas vegetais e a interdependência entre diferentes organismos, visando a conservação da biodiversidade e a sustentabilidade da produção agrícola diante dos desafios impostos pelas mudanças climáticas.