Revisão: Crescimento de plantas C3 e C4 em resposta a diferentes concentrações de CO2
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i7.16701Palavras-chave:
Fotossíntese; Incremento de CO2 atmosférico; Manejo de plantas daninhas C3 e C4.Resumo
Plantas de metabólismo C3 tendem a apresentar respostas mais evidentes no seu crescimento quando há incremento do CO2 no ambiente. Tais observações não são tão evidentes em plantas com metabolismo C4, que são consideradas mais evoluídas naturalmente devido a sua anatomia funcional, que é capaz de concentrar maior quantidade de CO2 em suas células tornando a fotossíntese um processo mais eficiente. São encontrados diversos estudos que sugerem maior crescimento de plantas que utilizam tanto o metabolismo C3 quanto o C4 quando submetidas a concentrações de CO2 mais elevadas que as condições ambientes atuais. O objetivo do presente trabalho foi realizar uma revisão sobre a influência da concentração de CO2 atmosférico no crescimento de plantas cultivadas com ênfase na cultura do feijão e do milho e plantas daninhas. O aumento do gás carbônico beneficia o crescimento tanto das plantas de metabolismo C3 quanto de metabolismo C4. Sabendo-se que a tendência futura é de que a concentração de gás carbônico seja aumentada na atmosfera, devido às emissões principalmente de combustíveis fósseis, se tornará apropriado investir em mais insumos e tecnologias para reduzir a competição com plantas daninhas, pois o seu crescimento também será favorecido e poderá interferir na competição por nutrientes, e assim, reduzir a produtividade das culturas.
Referências
Ainsworth, E. A. & Rogers, A. (2007). The response of photosynthesis and stomatal conductance to rising [CO2]: mechanisms and environmental interactions. Plant Cell Environ, 30, 258–270.
Ainsworth, E. A. & Long, S. P. (2005). What have we learned from 15 years of free-air CO2 enrichment (FACE)? A meta-analytic review of the responses of photosynthesis, canopy properties and plant production to rising CO2. New Phytol, 165, 351–371.
Ainsworth, E. A., Leakey, A. D. B., Ort, D. R. & Long, S. P. (2008). FACE-ing the facts: inconsistencies and interdependence among field, chamber and modeling studies of elevated [CO2] impacts on crop yield and food supply. New Phytol,179, 5–9.
Ainsworth, E. A., & Ort, D.R. (2010). How do we improve crop production in a warming world? Plant Physiol, 154(2), 526-530.
Ambrizzi, T. & Araújo, M. (2020). Base científica das Mudanças Climáticas - PBMC. Painel Brasileiro de Mudanças Climáticas. http://www.pbmc.coppe.ufrj.br/documentos/RAN1_completo_vol1.pdf
Bao, J., Lu, W. H., Zhao, J. & Bi, T. X. (20180. Greenhouses for CO2 sequestration from atmosphere. Science Direct, 1, 183-190.
Bastos, A., Ciais, P., Chevallier, F., Rodenbeck, C., Ballantaine A. P., Maignan, F., Yin, Y., Martinez, M. F., Friedlingstein, L., Penuelas, J., Piao, S. L., Smith, W. K., Wang, X., Zhu, Z., Haverd, V., Kato, E., Jain, A., Lienert, S., Lombardozzi, D., Nabel, J. E. M. S., Peylin, P., Poulter, B. & Zhu, D. (2019). Contrasting effects of CO2 fertilization, land-use change and warming on seasonal amplitude of Northern Hemisphere CO2 exchange. Atmos. Chem. Phys., 19, 12361–12375.
Bergamaschi, H. & Matzenauer, R. (2014). O milho e o clima. Emater/RS Ascar.
Bernacchi, C. J., Leakey, A. B. D., Heady L. E., Morgan, P. B., Dohleman, F. G., McGrath, J. M., Gillespie, K. M., Wittih, V. E., Rogers, A.,Long, S. P. &Ort, D. R. (2006). Hourly and seasonal variation in photosynthesis and stomatal conductance of soybean grown at future CO2 and ozone concentrations for 3 years under fully open‐air field conditions. Plant, Cell & Environment, 29(11), 2077-2090.
Bernacchi, C. J., Kimball, B. A., Quarles, D. R., Long S. P. & Ort, D. R. (2007). Decreases in stomatal conductance of soybean under open-air elevation of [CO2] are closely coupled with decreases in ecosystem evapotranspiration. Plant Physiology, 143(1), 134-144.
Busch, F. & Sage, A. R. (2017). The sensitivity of photosynthesis to O2 and CO2 concentration identifies strong Rubisco control above the thermal optimum. New Phytologist, 213(3), 1036-1051.
Castro, F. S., Xavier, A. C., Pimenta, L. R., Elesbon, A. & Alexandre, A.(2020) Brazilian Journal. of Development., 6(5), 28410-28427.
Carvalho, S. J. P. & Christoffoleti, P. J. (2007). Influência da luz e da temperatura na germinação de cinco espécies de plantas daninhas do gênero Amaranthus. Bragantia, 66(4), 527-533.
CONAB – Companhia Nacional De Abastecimento. (2020). https://www.conab.gov.br/ultimas-noticias/3549-producao-de-graos-sinaliza-recorde-final-de-253-7-milhoes-de-toneladas.
Daud, M., Bustam, B. M. & Arfin, B. A. (2019). Comparative study of carbon dioxide absoption capacity of seven urban Forest plant species of Banda Aceh, Indonesia. Biodiversitas Journal of Biological Diversity, 20(11).
Donohue, R. J., Roderick M. L., Mcvicar, T. R. & Farquar, G. D. (2013). Impact of CO2 fertilization on maximum foliage cover across the globe’s warm, arid environments. Geophysical Research Letters, 40, 3031–3035.
Dorneles, K. R., Posso, D. A., Rebhahn, I., Deuner, S., Pazdiora, P. C., Avila, L. A. & Dallagnol, L. J. (2019). Respostas morfofisiológicas e rendimento de grãos do trigo mediados pelo aumento da concentração de CO2 atmosférico. Revista Brasileira de Ciências Agrárias, 14(1), 1981-0997.
Galmés, J., Carmen, H. C., Lauri, L. & Ülo N. (2016). A compendium of temperature responses of Rubisco kinetic traits: variability among and within photosynthetic groups and impacts on photosynthesis modeling. Journal of Experimental Botany, 67(17), 5067–5091.
Galmés J., Capo´-Bauc, S., Ülo, N., & Iguez, C. (2019). Potential improvement in crop photosynthesis by exploiting Rubisco variability. Current Opinion in Plant Biology, 49, 60–67.
Gandin, A., Koteyeva, N. K., Voznesenskaya, E. V., Edwards, G. E. & Cousins, A. B. (2014). Temperature response of C3–C4 intermediates. Plant Cell Environ, 37, 2601-2612.
Gil, A. C. (2017). Pós-Graduação-Metodologia-Como Elaborar Projetos de Pesquisa - Cap 2.
House, K. Z., Baclig, A. C., Ranjan, M., Van, E. A. N., Wilcox, J. & Herzog, H. J. Economic and energetic analysis of capturing CO2 from ambienta ir. PNAS, 108, 20428-20433.
Hong, C. Y., Lee, Y. C., Tsai, M. C., & Tsai, Y. C. (2018). Agricultural Sector Input Technical Coefficients, Demand Changes and CO2 Emissions after the Financial Crisis: Environmental Input-Output Growth Factor Model Approach. International Journal of Energy Economics and Policy, 8(6), 339-345.
IPCC - The Intergovernmental Panel on Climate Change. (2020) https://www.ipcc.ch/srccl/chapter/chapter-1/
Leakey, A.D. (2009). Rising atmospheric carbon dioxide concentration and the future of C4 crops for food and fuel. Proceedings of The Royal Society B, 276(1666) 2333-2343.
Long S. P., Ainsworth, E. A., Leakey, A. D. B., Nösberger, J. & Ort, D.R. (2006). Food for thought: lower-than-expected crop yield stimulation with rising CO2 concentrations. Science, 312, 1918–1921.
Long S. P., Marshall-Colon, A. & Zhu, X.G. (2015). Meeting the global demando f the future by engineering crop photosynthesis and yield potential. Cell, 16, 56-66.
Mackinder, L. C. M. (2018). The Chlamydomonas CO2: concentrating mechanism and its potential for engineering photosynthesis in plants. New Phytologist, 217(1), .54-61.
Magalhães, P. C., Durães, F. O. M.,Carneiro, N. P. & Paiva, E. (2002) Fisiologia do milho. Sete Lagoas: EMBRAPA-CNPMS. 23 p. (Circular Técnica, n. 22).
Melo, L. C. Del Peloso, M. J., Pereira, H. S., Faria, L. C., Costa, J. G. C., Díaz, J. L. C., Rava, C. A., Wendland, A. & Abreu, A. F. B. (2010). BRS Estilo: common bean cultivar with Carioca grain, upright growth and high yield potential. Crop Breed. Appl. Biotechnol. (Online), Viçosa , 10(4), 377-379 http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1984-70332010000400015&lng=en&nrm=iso
Mondo, V. H. V., Carvalho, S. J. P., Diaz, A. C. R, .& Marcos Filho, J. (2010). Efeitos da luz e temperatura na germinação de sementes de quatro espécies de plantas daninhas do gênero Digitaria. Rev. Bras. Sementes, Londrina, 32(1), 131-137.
NOAA. 2017. National Climatic Data Center, State of the Climate. https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/
Oliveira, V. F., Silva, E. A., Zaidan, L. B. P. & Carvalho, M. A. M. (2013). Effects of elevated CO2 concentration and water deficit on fructan metabolism in Viguiera discolor Baker. Plant Biology, 15, 471-482.
Patterson, D. T. Weeds in a changing climate, Weed Science, 43, 685–700.
Renato, N. S., Sediyama, G. C., Silva, J. B. L. & Pereira, E. G. (2018). Modelo fotossintético para simulação da produtividade do milho em condições de temperatura e CO2 elevados. Rev. de Ciências Agrárias, 41(4), 211-220.
Rogers, A., Allen, D. J., Davey, P. A., Morgan, E. A., Ainsworth, E. A., Bernacchi, C. J., Cornoc, G., Dermody, O., Dohleman, F. G., Heaton, E. A., Mahoney, J., Zhu, X. G., Delucia, E. H., Ort, D. R. & Long, S. P. (2004). Leaf photosynthesis and carbohydrate dynamics of soybeans grown throughout their lifecycle under Free air Carbon Dioxide Enrichment. Plant, Cell & Environment, 27, 449–458.
Ruiz-Vera, U. M., Siebers, M., Gray, S. B., Drag, D. W., Rosenthal, D. M., Kimball, D. A., Ort, D. R. & Bernacchi, C. J. (2013). Global warming can negate the expected CO2 stimulation in photosynthesis and productivity for soybean grown in the Midwestern United States. Plant Physiology, 162(1), 410-423.
Sanches, R. F. E., Catarino, I. C. A., Braga, M. R & Silva, E. A. (2017). Influência da alta concentração atmosférica de CO2(↑[CO2]atm) × disponibilidade hídrica nas relações hídricas, trocas gasosas e acúmulo de carboidratos em Coffea arabica L. Hoehnea, 44(4), 635-643.
Santos, D, Haerbaert, F. M., Lucio, A. D., Lindolfo, S. & Cargnelutti Filho, A. (2012). Tamanho ótimo de parcela para a cultura do feijão-vagem. Rev. Ciênc. Agron, 43(1) 119-128.
Snak, C., Miotto, S. T. S. & Goldenberg, R. (2011). Phaseolinae (Leguminosae, Papilionoideae, Phaseoleae) no estado do Paraná, Brasil. Rodriguésia. 62, 695-716.
Souza, T. L. P. O. de, Melo, L. C., Pereira, H. S., Faria, L. C. de, Aguiar, M. S. de, Cabrera Diaz, J. L., carvalho, H. W. L. de, Melo, C. L. P. de, Costa, A. F. da, Magaldi, M. C. de S., Costa, J. G. C. da, Wendland, A., Abreu, A. de F. B., Pereira Filho, I. A., Posse, S. C. P., Martins, M., Albrecht, J. C., Souza Filho, B. F. de, Almeida, V. M. de, Guimarães, C. M., Braz, A. J. B. P., Marangon, M. A., Trindade, N. L. S. R., Souza, N. P. de, faria, J. C. de & Del Peloso, M. J. (2019). BRS FP403: cultivar de feijão preto com alta produtividade e qualidade de grãos, moderada resistência à murcha de Fusarium e podridões radiculares. Comunicado Técnico 247.
Souza, M. T., Silva, M. D., & Carvalho, R. (2010). Revisão integrativa: o que é e como fazer. Einstein, 8(1), 102-106.
Van der Sleen, P., Groenendijk, P., Vlam, M., Anten, N. P. R., Boom, A., Bongers, F., Pons, T. L., Terburg, G. & Zuidema, P. A. No growth stimulation of tropical trees by 150 years of CO2 fertilization but water-use efficiency increased. Nature Geoscience, 8, 24-28.
Von Caemmerer S. (2000). Biochemical Models of Leaf Photosynthesis. CSIRO, Collingwood, Austrália
Xu, Z., Jiang, Y. & Zhou, G. (2015). Response and adaptation of photosynthesis, respiration, and antioxidant systems to elevated CO2 with environmental stress in plants. Frontiers in Plant Science, 6, 701.
Wang, J., Hasegawa, T., Li, L., Lam, S. K., Zhang, X., Liu, X. & Genxing, P. (2019). Changes in grain protein and amino acids composition of wheat and rice under short term increased [CO2] and temperature of canopy air in a paddy from East China, New Phytologist, 222(2),726-734.
Wang J., Liu X., Zhang X., Smith P., Li L., Filley, T. R., cheng, K., Shen, M., He, Y. & Pan G. (2016). Size and variability of crop productivity both impacted by CO2 enrichmentand warming – a case study of 4 year field experiment in a Chinese paddy. Agriculture, Ecosystems & Environment, 221, 40–49.
wang, T., Huang, J., He, X., Wu, J., Fang, M. & Cheng, J. (2014). CO2 Fertilization system integrated with a low-cost direct air capture technology. Energy Procedia, 63, 6842-6852.
Walter, L. C., Rosa, H. T. & Streck N. A. (2015). Mecanismos de aclimatação das plantas a elevada concentração de CO2. Ciencia Rural, 45(9), 1564.
Wilker, J. L., Navabi, A., Rajcan, I., Marsolais, F., Hill, B., Torkamaneh, D. & Pauls, K. P. (2019). Agronomic Performance and Nitrogen Fixation of Heirloom and Conventional Dry Bean Varieties Under Low-Nitrogen Field Conditions. Frontiers in Plant Science.10, 952.
Yamori, W., Suzuki, K. Noguchi, K. Nakai, M., & Terashima, I. (2006). Effects os rubisco kinetics and rubisco activation state on the temperature dependence of the photosynthetic rate in spinach leaves from contrasting growth temperatures. Plant, Cell, Environment, 29(8), 1659-1670.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2021 Fabíola Mendes Braga; Evander Alves Ferreira; Cássia Michelle Cabral; Igor Costa de Freitas; Josiane Costa Maciel; Maria Stêfany Silveira Freitas; Ignácio Aspiazu; José Barbosa dos Santos; Luiz Arnaldo Fernandes; Leidivan de Almeida Frazão; Regynaldo Arruda Sampaio
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.
