A deficiência de zinco nas plantas afeta o crescimento e desenvolvimento vegetal. As plantas precisam de oito micronutrientes fundamentais – boro, cloro, manganês, ferro, níquel, cobre, zinco e molibdênio – para completar seu ciclo de vida, desde a germinação até o crescimento vegetativo e reprodutivo.
Esses micronutrientes desempenham papéis vitais em várias funções metabólicas nas plantas. Quando estão em falta, eles desencadeiam respostas metabólicas específicas, muitas vezes evidenciadas por sintomas visíveis de deficiência nas folhas das plantas.
Compreender esses sinais é crucial para identificar deficiências nutricionais de forma precisa, o que pode ser facilitado pelo uso de técnicas como sensoriamento remoto para monitorar o crescimento das plantas.
Neste texto, exploraremos o papel do zinco (Zn) como um dos micronutrientes catiônicos essenciais para o crescimento e desenvolvimento saudável das plantas.
Aproveite a leitura!
Função do zinco nas plantas
O Zinco é um micronutriente essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas (é cofator de inúmeras proteínas, além de participar da regulação de proteínas e fatores de transcrição), para a proteção contra danos e manutenção da integridade celular (regula as espécies reativas de oxigênio) e para o equilíbrio interno das plantas e crescimento saudável (participa da regulação hormonal).
As concentrações de Zn nas plantas variam de 30 a 100 mg kg-1 de matéria seca da planta. Considera-se que teores inferiores a 25 mg kg-1 caracterizam deficiência do elemento nas folhas (DECHEN & NACHTIGALL, 2006).
Vejamos, a seguir, em detalhes, cada uma das funções do zinco:
1. Cofator enzimático e estrutural de proteínas
O zinco atua como cofator enzimático sendo essencial para atividade, regulação e/ou estabilização da estrutura proteica.
As metaloproteínas de zinco (proteínas que contém Zn em sua estrutura) representam cerca de 10% do proteoma total das plantas.
O zinco (Zn) é o único metal que está presente em sítios catalíticos ou estruturais de enzimas de todas as seis classes conhecidas:
- oxidorredutases,
- transferases,
- hidrolases,
- liases,
- isomerases e
- ligases.
Ao todo, o zinco participa demais de 300 enzimas, que incluem: Cu/Zn-SODs (superóxido desmutase), RNA polimerases, anidrases carbônicas, álcool desidrogenase, fosfatase alcalina, entre outras.
2. Regulação de proteínas e Fatores de Transcrição (FTs)
Além de sua função catalítica, o zinco desempenha um papel na regulação da expressão gênica, influenciando diretamente a atividade de fatores de transcrição e outros reguladores genéticos.
O Zn desempenha atua na regulação de proteínas, incluindo fatores de transcrição (FTs), que influenciam diretamente a expressão gênica e a resposta ao estresse nas plantas.
O Zn-finger FTs confere às proteínas a capacidade de se ligar especificamente ao DNA em regiões específicas, desempenhando um papel crucial na regulação da atividade gênica. Eles são particularmente comuns e desempenham um papel crucial nas redes regulatórias das plantas.
3. Ativação do sistema oxidativo para combater Espécies Reativas de Oxigênio (ERO)
O zinco é essencial para a atividade de enzimas antioxidantes, como a superóxido desmutase (Cu/Zn-SOD) e catalase, que ajudam as plantas a neutralizarem as Espécies Reativas de Oxigênio (ERO) e a evitar danos celulares causados pelo estresse oxidativo.
As ERO acumulam-se durante a deficiência de Zn, especialmente quando as plantas são expostas a altas intensidades luminosas.Parte superior do formulário
Durante a deficiência de zinco a atividade de Cu/Zn-SOD nas partes aéreas das plantas é fortemente e resulta em acúmulo de O2– (superóxido).Além disso, há uma diminuição da atividade da catalase, resultando no acúmulo de H2O2 e vazamento de eletrólitos do simplasto.
O zinco, portanto, é necessário para a detoxificação do radical superóxido e peróxido de hidrogênio, que são altamente tóxicos e produzidos intensamente em condições de estresse.
4. Regulação do Equilíbrio Hormonal
O Zn influencia na regulação do equilíbrio hormonal das plantas, afetando a síntese, transporte e sinalização de hormônios vegetais importantes para o crescimento e desenvolvimento adequado das plantas, como auxina (AIA), citocininas e ácido giberélico.
Sua deficiência pode levar a distúrbios hormonais que afetam o crescimento, desenvolvimento e resposta das plantas ao estresse.
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Em resumo, as funções do zinco nas plantas incluem sua participação como cofator em proteínas essenciais, sua regulação de fatores de transcrição e expressão gênica, sua contribuição para a varredura de EROS e sua influência no equilíbrio hormonal das plantas.
Sintomas de deficiência de Zinco nas plantas
Os sintomas característicos de deficiência de zinco nas plantas incluem clorose das folhas jovens, redução no tamanho das folhas, e caules atrofiados e finos; folhas mais velhas também podem apresentar bronzeamento, crescimento atrofiado, clorose, enrolamento e murchamento sob estresse grave de deficiência de Zn (Figura 1).
Em todas as espécies vegetais, a deficiência de Zn leva a um crescimento reduzido e distorcido com características marcantes, o que, em combinação com o padrão de clorose e necrose das folhas, o torna único e distinguível de outros distúrbios nutricionais (Figura 1).
Além disso, plantas deficientes em Zn são hipersensíveis a estresses bióticos e abióticos, incluindo a alta intensidade luminosa, que podem estar relacionados a distúrbios na remoção de EROS e a respostas hormonais (Figura 2).
1. Crescimento atrofiado e internódio curto
Plantas deficientes em Zn apresentam uma inibição no crescimento (crescimento atrofiado) devido a uma redução do alongamento do entrenó (internódio curto) e do tamanho das folhas (Figura 2A).
Hipotetiza-se que esse retardo de crescimento esteja relacionado aos impactos da deficiência de Zn no balanço hormonal.
A concentração de auxina (hormônio vegetal importante para o crescimento) diminui em todas as plantas quando expostas à deficiência de zinco. Existem diferentes teorias para explicar essa diminuição:
- primeiro: o zinco pode ser necessário para a síntese de auxina a partir de triptofano;
- segundo: a diminuição nos níveis de auxina pode ser devido à sua degradação oxidativa, que ocorre devido à incapacidade da planta de lidar com espécies reativas de oxigênio (EROs) durante a deficiência de zinco.
No entanto, a relação entre os níveis de zinco e auxina não é tão direta quanto parece. Embora a redução nos níveis de auxina seja uma consequência infeliz da deficiência de zinco, a resposta do hormônio auxina é altamente dependente do tipo celular e da quantidade de hormônio presente.
Isso significa que a resposta das plantas à deficiência de zinco e aos níveis de auxina pode variar dependendo das condições locais e da regulação fina dos transportadores de auxina.
2. Clorose intervenosa e manchas cloróticas em folhas novas
Sintoma clássico da deficiência de zinco, a clorose intervenosa aparece primeiro em folhas mais jovens, antes de afetar toda a planta e se transformar em manchas necróticas (Figura 2b).
Tais sintomas provavelmente ocorrem devido à diminuição da capacidade de remover espécies reativas de oxigênio (EROs), causada pela redução das atividades de enzimas antioxidantes como a Cu/Zn-SOD e catalase. A falta de zinco leva ao aparecimento inicial de clorose entre as veias das folhas, que pode progredir para necrose à medida que a planta é exposta por mais tempo à luz.
3. A exposição à luz induz os sintomas de deficiência de zinco
O sombreamento parcial de uma folha deficiente em Zn diminui os sintomas de clorose intervenosa, que são acentuados como consequência da exposição à luz e das ERO cloroplásticas (Figura 2c).
Como já comentado, a alta intensidade luminosa leva à planta a acumular espécies reativas de oxigênio durante a deficiência de Zn, já que as enzimas que degradam às EROS ficam comprometidas, o que agrava os sintomas visuais de clorose e necrose foliar em folhas jovens.
4. Redução das Zn-proteínas
Como já comentado, 10% do proteoma vegetal contém proteínas com domínios ligantes de Zn. O Zn tem funções catalíticas e estruturais incluindo um papel na atividade da superóxido dismutase (SOD), RNA polimerase, bem como na interação entre DNA e fatores de transcrição (FTs) (Figura 2d). A deficiência de Zn, afetará, portanto, a quantidade de Zn-proteínas nas plantas.
5. Maior estresse oxidativo
A deficiência de Zn desencadeia um maior estresse oxidativo das plantas devido a maior quantidade de espécies reativas de oxigênio que deixam de ser degradadas devido a uma menor atividade enzimas como a superóxido desmutase e a catalase, especialmente sob alta intensidade luminosa (Figura 2e).
6. Desbalanço hormonal na planta
A deficiência de Zn causa distúrbios no equilíbrio entre hormônios nas plantas, o que inclui grandes alterações nos níveis de auxina (Figura 2f). Como resultado há o encurtamento dos entrenós, crescimento atrofiado e folhas pequenas (principal sintoma da deficiência de zinco nas plantas).
Os níveis hormonais de citocinina e giberelina também estão alterados em plantas deficientes em Zn. Em algumas espécies vegetais, tem sido observado que a deficiência de Zn leva a um aumento transcriptômico em genes relacionados à degradação de citocininas.
O efeito da eficiência do Zn no equilíbrio entre hormônios ocorre através da integração de sinais locais em processos de atividade meristemática, alongamento celular ou parada de crescimento, mas os mecanismos ainda precisam ser totalmente resolvidos.
Deficiência de zinco na população
O zinco é o micronutriente que mais causa deficiência na população mundial, sendo um problema especialmente no Sul e Sudeste da Ásia.
Nos seres humanos, a deficiência de Zn pode levar à anorexia, perda de apetite, falha no olfato e paladar, entre outros sintomas, e pode aumentar a incidência e a gravidade de doenças infecciosas na população.
Apesar disso, o relatório da Scientific Panel on Responsible Plant Nutrition (2023) mostrou que, globalmente, o risco da população em desenvolver deficiência de zinco caiu nas últimas três décadas.
Na Turquia e Índia, a diminuição da prevalência da deficiência de zinco é, pelo menos parcialmente, atribuível, ao aumento das intervenções na fertilização com zinco, que aumenta os teores de zinco nas plantas.
Melhorar a eficiência no uso de Zn nas plantas, desenvolver plantas com maior teor de Zn biodisponível em suas partes comestíveis (biofortificação de Zn) e adotar estratégias agronômicas (por exemplo, aplicação de fertilizantes de Zn) podem solucionar os problemas de deficiência de Zn no solo e desnutrição de Zn em humanos.
Como garantir o suprimento adequado de zinco para as plantas?
Vários fatores influenciam negativamente a disponibilidade de Zn para as plantas nos solos (Figura 3), como:
- baixos teores totais de Zn no solo,
- Inundação prolongada do solo,
- Presença de comunidades microbianas na rizosfera,
- Elevados teores de matéria orgânica,
- Altos teores de CaCO3 (calagem excessiva),
- Altos teores de óxidos de Fe/Mn,
- Alta disponibilidade de fósforo,
Estima-se que cerca de 50% dos solos cultivados do mundo para produção de cereais careçam de Zn. A deficiência de Zn influencia o crescimento e desenvolvimento das plantas, afetando o rendimento das culturas e a qualidade nutricional do Zn para humanos e animais.
A adequada nutrição das plantas com zinco depende: da capacidade do solo em fornecer o nutriente, do material de origem do solo, da umidade, textura, mineralogia e teor de matéria orgânica do solo.
Além disso, a adição de zinco pode vir de várias fontes, como intemperismo de rochas, incêndios florestais, vulcões, atividades de mineração e fundição, esterco, lodo de esgoto e fertilizantes fosfatados.
Fontes adicionais artificiais de entrada de Zn nos solos consistem na queima de combustíveis fósseis, fertilizantes fosfatados (geralmente 50–1450 μg Zn g−1), esterco (15–250 μg Zn g−1), calcário (10–450 μg Zn g−1), fungicidas, coberturas de borracha, fragmentos de superfícies revestidas com Zn e corretivos calcários (10–450 μg Zn g−1).
Uma das formas mais comuns de fornecimento de zinco às plantas é via adubação foliar, associado a inseticidas. Diversas pesquisas mostram que a adubação foliar tende a ser mais efetiva para o suprimento de zinco para as plantas comparado à adubação via solo (que é feita principalmente na forma de sulfato de zinco ou quelatos de zinco).
Excesso de zinco nas plantas
A toxidez de zinco é incomum nos solos tropicais com pH ácido, uma vez que nessas condições ocorre imobilização do zinco. Contudo, pode ocorrer um algumas situações e causa pigmentação avermelhada nas folas e pecíolos e nervuras. Além disso, é possível observar sintomas de clorose nas plantas, causadas pela deficiência de ferro, uma vez que o Zn impede a redução do ferro, bem como seu transporte na planta.
A diminuição do vigor da germinação e da biomassa são as respostas fisiológicas mais aparentes das plantas à toxicidade por Zn nas plantas, o que eventualmente resulta na diminuição do rendimento e qualidade dos produtos (Figura 4).
Embora a toxicidade de Zn em plantas seja muito menos difundida do que a deficiência de Zn e a maioria das pesquisas esteja focada em aumentar os teores de Zn em tecidos de plantas cultivadas, a fitotoxicidade de Zn é prevalente em solos ácidos e com lodo. Os principais problemas relacionados com o excesso de zinco no solo são apresentados na figura 4, abaixo:
Conclusões
Compreender as funções cruciais do zinco nas plantas é fundamental para identificar e abordar eficazmente os sintomas de sua deficiência.
Desde sua importância como cofator enzimático e estrutural até sua influência na regulação genética e equilíbrio hormonal, o zinco desempenha papéis diversos e essenciais para o crescimento e desenvolvimento saudável das plantas.
Os sintomas visuais de deficiência de zinco, como clorose intervenosa e crescimento atrofiado, são indicadores importantes dessa carência nutricional e podem ser agravados por fatores como alta intensidade luminosa.
Além disso, a deficiência de zinco nas plantas não só afeta sua própria saúde, mas também pode ter repercussões na nutrição humana, especialmente em regiões onde a deficiência de zinco na dieta é prevalente.
No entanto, estratégias como a biofortificação de zinco, o uso eficiente de fertilizantes e o desenvolvimento de técnicas agronômicas adequadas podem ajudar a mitigar esses problemas.
É essencial continuar aprimorando nosso entendimento das necessidades nutricionais das plantas e implementar práticas sustentáveis para garantir o suprimento adequado de zinco, promovendo assim a saúde das plantas, a segurança alimentar e o bem-estar humano.
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Referências
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Sobre a autora:
Beatriz Nastaro Boschiero
Especialista em Conteúdo na Agroadvance
- Pós-doutora pelo CTBE/CNPEM e CENA/USP
- Mestra e Doutora em Solos e Nutrição de Plantas (ESALQ/USP)
- Engenheira Agrônoma (UNESP/Botucatu)
