Começando no 2015, Rodale Institute começaram estudos de estufa para determinar se as safras podem ser cultivadas para tolerar ervas daninhas. Esses estudos avaliarão o potencial da exposição a ervas daninhas para induzir culturas tolerantes a ervas daninhas com base no reconhecimento de que a competição por luz desempenha um papel fundamental no desempenho da planta.
O desempenho da progênie (ou descendência) das plantas de teste expostas ao mesmo estresse biótico (estresse que ocorre como resultado de danos causados às plantas por outros organismos vivos, como ervas daninhas) é hipotetizado como maior do que as plantas parentais. O experimento é delineado em blocos ao acaso, em fatorial um a três, com três repetições. As plantas de aveia são plantadas em recipientes cercados por azevém anual ou caranguejo-raiz, com plantas de aveia ou solo como controle (Figura 1).
Mudas de plantas de cultivo de teste são reduzidas a uma planta por recipiente. Dados agronômicos sobre a altura da planta, número de folhas de cada planta e medições da área foliar são coletados das plantas de teste todas as semanas. As ervas daninhas são aparadas regularmente para limitar a resposta de evitar sombra às mudanças no espectro de luz, em vez do sombreamento real. Na maturidade da planta, a biomassa da colheita e o rendimento de grãos são medidos. Sementes da progênie F2 e F3 de plantas cultivadas expostas a duas espécies diferentes de ervas daninhas serão testadas quanto à resiliência contra ervas daninhas em comparação com a geração parental F1. Os testes serão realizados em casa de vegetação e campos de pesquisa em Rodale Institute e outras instituições colaboradoras, como a Universidade de Wyoming.
Base Científica do Estudo
A capacidade das plantas de responder a patógenos causadores de doenças adquirindo resistência sistêmica quando expostas a esses patógenos tem sido amplamente estudada (Casal, 2012; Slaughter et al., 2012). Pesquisas anteriores com Arabidopsis (um membro da família da mostarda) estabeleceram que tais defesas adquiridas podem ser ainda mais pronunciadas na progênie do que na população de plantas parentais (Slaughter et al., 2012), semelhante a vacinar um pai e ver imunidade em seus crianças (Coombs, 2012). A capacidade das ervas daninhas de induzir espécies de cultura resistentes a ervas daninhas ainda não foi estabelecida.
É amplamente conhecido que as plantas podem sentir quando outras plantas estão perto delas, uma resposta conhecida como evitar sombra (Holmes e Smith, 1977).
A resposta para evitar a sombra é atribuída à capacidade das plantas de discernir mudanças no espectro de luz dentro da copa de uma população de espécies de plantas crescendo juntas. Dado que as plantas absorvem luz vermelha para a fotossíntese, a parte infravermelha próxima do espectro de luz que não é necessária para a fotossíntese é refletida. As plantas detectam essas mudanças no espectro de luz, como o aumento da proporção de luz infravermelha próxima na luz refletida, disparando uma resposta de evitação de sombra (Slaughter et al., 2012).
Essa evitação pode ser vista como uma resposta preventiva das plantas à competição iminente dependente de recursos (Casal, 2012). A resposta ativa mecanismos fisiológicos dentro da planta que aumentam sua aptidão em um ambiente competitivo, como aumento do alongamento do caule, redução da ramificação e produção inicial de sementes (Franklin e Whitelam, 2005).
A resposta de evitação de sombra, no entanto, pode gerar um custo de oportunidade se expressa em um ambiente não competitivo (Casal, 2012). Por exemplo, a produtividade de safras que expressam respostas para evitar sombra às ervas daninhas no início da temporada pode diminuir mesmo quando as ervas daninhas são removidas mais tarde, depois que as safras já estão “preparadas” para responder à competição.
Este estudo visa determinar se: 1) essas respostas são hereditárias e 2) podem tornar a progênie mais tolerante a plantas daninhas sem comprometer sua produtividade, de forma semelhante à resposta de resistência adquirida sistêmica de plantas a patógenos.
Resultados preliminares
Este estudo está sendo conduzido em parceria com o Dr. Andrew Kniss, Professor Associado de Ciência de Ervas Daninhas da Universidade de Wyoming em Laramie. O Dr. Kniss recentemente compartilhou conosco resultados preliminares muito interessantes de seu experimento.
Em seu estudo, o trigo (eles estão usando trigo em vez de aveia) foi cultivado em recipientes cercados por ervas daninhas ou cercados por solo na geração parental (F1), conforme descrito acima. As sementes de trigo da geração parental (F1) foram guardadas e plantadas em recipientes cercados por ervas daninhas ou solo de forma que tivessem todas as combinações possíveis de ambientes de ervas daninhas / solo para a 1ª geração e a 2ª geração (solo e solo; solo e depois erva daninha; ervas daninhas depois solo; ervas daninhas, depois ervas daninhas).
O Dr. Kniss coletou e analisou dados da porcentagem de espigas de trigo de segunda geração (F2 ou progênie) no início do processo de descabeçamento. Os dados mostraram que havia 63% e 75% da progênie de trigo exposta a ervas daninhas ou solo, respectivamente, cujos pais foram expostos a ervas daninhas (Tabela 3). A progênie de trigo cujos progenitores não foram expostos a ervas daninhas teve título de 0 e 13% quando exposta a ervas daninhas e solo respectivamente (Tabela 3).
Esses resultados sugerem fortemente que a data do título na safra comercial de segunda geração (trigo) foi significativamente influenciada pelo ambiente de cultivo da geração anterior do que pelo ambiente de cultivo atual (Tabela 2) - a evidência mais forte que mostramos até agora que a resposta para evitar sombra à exposição de ervas daninhas é hereditária!
Devido ao espaço limitado da estufa e sementes do estudo anterior, nossa pesquisa em Rodale Institute ainda não foi expandido para explorar todas as combinações possíveis de nossos tratamentos companheiros aveia / erva daninha. Até agora, as gerações da progênie foram expostas ao mesmo ambiente que as gerações dos pais. Os resultados preliminares dessas experiências não foram estatisticamente significativos entre os tratamentos.
No entanto, os resultados mostraram uma tendência indicando que as plantas de aveia de segunda geração expostas a ervas daninhas do azevém anual eram mais altas do que os controles (aveia-aveia ou aveia-solo) (Figura 4). Não houve diferença estatística ou numérica na altura das plantas entre os três tratamentos em plantas de aveia de primeira geração (Figura 3). Esses resultados estão em conformidade com os de Wyoming, pois também sugerem que a geração da progênie pode ter herdado e ampliado sua resposta de evitação de sombra à presença de ervas daninhas.
Com mais espaço de estufa assegurado, a próxima fase deste experimento envolverá todos os possíveis tratamentos de companheiros de aveia / erva daninha de sementes de aveia de segunda e terceira geração. Em seguida, avançaremos para os testes de campo.
Emmanuel Omondi, Ph.D. é o cientista associado e diretor do Teste de sistemas agrícolas at Rodale Institute.