Detecção precoce do risco de redução do rendimento da soja: a tecnologia SIF apoia a gestão estável do rendimento

No artigo anterior, descrevemos os princípios básicos da fluorescência de clorofilo induzida pela luz solar (SIF) e sua ampla aplicação em ecossistemas como florestas e zonas úmidas.

Nesta edição, vamos focar na soja, uma importante cultura, e explorar como a tecnologia SIF pode alertar antecipadamente sobre riscos de redução final de produção através do monitoramento precoce de pressões ambientais (como altas temperaturas, secas, etc.), tornando-se uma ferramenta fundamental para garantir uma gestão estável da produção.

Em artigos anteriores, apresentamos os princípios básicos da Fluorescência de Clorofila Induzida pelo Sol (SIF) e suas amplas aplicações em ecossistemas como florestas e zonas úmidas.

Esta edição se concentra na importante colheita de soja, explorando como a tecnologia SIF pode servir como uma ferramenta-chave para garantir a gestão estável do rendimento através do monitoramento precoce das tensões ambientais (por exemplo, alta temperatura, seca) para alertar sobre potenciais perdas de rendimento.

Relação entre SIF e Fotosíntese de Soja

O SIF é uma pequena parte da energia luminosa que as moléculas de clorofila re-emitem depois que as plantas absorvem a luz solar. Está estreitamente ligado à produtividade primária para fotossíntese (GPP) e é considerado um indicador alternativo eficaz para avaliar a GPP.

Os sinais SIF são gerados por reações fotoquímicas do Sistema de Fotosíntese II (PSII), cuja intensidade é regulada dinamicamente pela intensidade da luz, o teor de clorofila e a via de distribuição da energia da luz. Os estudos mostraram uma relação significativa linear ou não linear entre o SIF e o GPP, tornando o SIF um instrumento importante para monitorar a fotossíntese da vegetação.

Como o SIF está diretamente associado ao processo de fotossíntese, quando a soja é submetida à pressão ambiental, sua fotossíntese é afetada, causando mudanças no sinal do SIF, o que fornece uma base teórica para o uso do SIF para monitorar a pressão ambiental da soja.

SIF é uma pequena porção de energia de luz re-emitida pelas moléculas de clorofila após as plantas absorverem a luz solar. Está intimamente relacionada com a Produção Primária Bruta (PPB) e é considerada um proxy eficaz para avaliar a PPB.

A geração de sinais SIF se origina das reações fotoquímicas do Photosystem II (PSII). Sua intensidade é regulada dinamicamente pela intensidade da luz, o conteúdo de clorofila e as vias de alocação de energia da luz (fotoquímica, extinção não fotoquímica e fluorescência). As pesquisas mostram relações significativas lineares ou não lineares entre o SIF e o GPP, tornando o SIF um meio importante para monitorar a fotosíntese da vegetação.

Como o SIF está diretamente ligado ao processo de fotosíntese, quando a soja encontra estresse ambiental, seu aparelho fotosintético é afetado, levando a mudanças nos sinais do SIF. Isso fornece uma base teórica para o uso do SIF para monitorar o estresse ambiental em soja.

Figura: Sistema de monitoramento de fluorescência de clorofilo induzido pela luz solar não tripulado da Aberdeen, ABN-SIF-UAV。 Ao detectar fluorescência de clorofilo induzida pela luz solar (SIF), o sistema permite o monitoramento sem danos de uma vasta gama de terras agrícolas, avaliando com precisão o crescimento das culturas e fornecendo dados críticos para alertas precoces sobre pragas e fertilizantes.

ABN-SIF-UAV Sistema de Monitoramento de Fluorescência de Clorofila Induzida pelo Sol por veículo aéreo não tripulado da Exponentsci. Este sistema detecta a fluorescência de clorofila induzida pelo sol (SIF), permitindo o monitoramento não destrutivo de terras agrícolas em grande escala, avaliando com precisão o estado de crescimento das culturas e fornecendo dados críticos para alerta precoce de pragas, doenças e estresses hídricos / fertilizantes.

Aplicação do SIF na Detecção de Estresse Ambiental em Soja

Força de alta temperatura:As altas temperaturas e a elevada diferença de pressão de vapor de água que as acompanha geralmente afetam as plantas, mas não causam alterações significativas na estrutura coronária ou alterações nas características espectrais. O SIF, devido à sua ligação à fotosíntese, é mais capaz de detectar essa pressão. Por exemplo, houve estudos que quantificaram o efeito de altas temperaturas na fotossíntese da coroa de soja usando o SIF através do experimento Temperature Free Air Control Enhancement (T-FACE). Os feijões de soja podem afetar o peso das folhas, a densidade dos poros, a fotossíntese e os parâmetros de fluorescência da clorofila em condições térmicas elevadas.

Estresse de alta temperatura:A alta temperatura e o déficit de alta pressão de vapor que acompanha muitas vezes afetam as plantas sem causar mudanças óbvias na estrutura do dossel ou nas características espectrais. Devido à sua ligação à fotosíntese, o SIF pode detectar melhor tal estresse. Por exemplo, um estudo usou o experimento Temperature Free-Air Controlled Enhancement (T-FACE) para quantificar o impacto da alta temperatura na fotosíntese do tolho de soja usando o SIF. Sob condições de alta temperatura, a soja experimenta mudanças no peso específico da folha, densidade estomálica, fotosíntese e parâmetros de fluorescência da clorofila.

Fluorescença de clorofila induzida pela luz solar (SIF), rendimento de SIF, radiação fotossíntese eficaz absorvente (APAR), proporção de absorção de APAR da coroa completa (fAPAR) e coeficiente de correlação (r) entre a radiação fotossíntese eficaz (PAR) e a temperatura da coroa.

Coeficientes de correlação (r) entre Fluorescência de Clorofila Induzida pelo Sol (SIF), rendimento de SIF, Radiação Fotosinteticamente Ativa Absorvida (APAR), fração de todo o dossel APAR (fAPAR) e PAR contra a temperatura do dossel.

A pressão do ozônio:As altas concentrações de ozônio causam uma diminuição significativa da corota de soja SIF760, especialmente uma diminuição mais significativa (36%) no período posterior do crescimento, indicando que o SIF é capaz de capturar eficazmente os efeitos do ozônio na corota de soja e na aceleração do envelhecimento. A pressão do ozônio também produz sinergias com a redução da radiação, afetando as propriedades fluorescentes da clorofila e o rendimento da soja.

Estresse do ozônio:As altas concentrações de ozônio causam uma diminuição significativa na tolha de soja SIF760, particularmente durante as etapas posteriores de crescimento (até uma redução de 36%). Isso indica que o SIF pode efetivamente capturar o impacto do ozônio na estrutura do tolho e a senescência acelerada na soja. O estresse do ozônio também interage com a radiação reduzida, afetando as características de fluorescência da clorofila de soja e o rendimento.

As medições do topo da coroa SIF760 (A), PAR (B), FPARgreen (C) e rendimento aparente do SIF (D), observadas durante toda a temporada de crescimento da soja, correspondem a soja que cresce em condições de concentração ambiental de ozônio (barras brancas) e elevada de ozônio (barras cinzentas), respectivamente. * Representa diferenças significativas (P<0,05).

Medido top-of-canopy SIF760 (A), PAR (B), FPARgreen (C) e aparente rendimento SIF (D) ao longo da estação de crescimento em soja cultivada sob ambiente O ₃ (barras brancas) e elevado O ₃ (barras cinzentas). * indica diferenças significativas entre tratamentos em cada data de medição (P < 0,05).

Outros estresses/pressões:

A falta de água força os poros a fechar, inibindo a fotossíntese e a evaporação. Este processo provoca desativações não fotoquímicas e mudanças na transmissão de eletrões fotossínteses, e o sinal SIF é muito sensível a essas pequenas mudanças.

O bisfenol A (BPA), como um interferente endócrino ambiental, tem um impacto significativo no crescimento, na fotossíntese e nos parâmetros de fluorescência da clorofila (como a fluorescência inicial, a eficiência fotoquímica máxima, o rendimento quântico eficaz do PSII e a taxa de transmissão de eletrônicos de fotossíntese) que a tecnologia SIF pode detectar.

Deficite de água: a escassez de água força o fechamento estomálico, inibindo assim a fotosíntese e a transpiração. Este processo induz mudanças na extinção não fotoquímica e no transporte fotosintético de elétrons, aos quais os sinais SIF são altamente sensíveis.

Bisfenol A (BPA): Como um disruptor endócrino ambiental, o BPA afeta significativamente o crescimento, a fotosíntese e os parâmetros de fluorescência da clorofila (como a fluorescência inicial, a eficiência fotoquímica máxima, o rendimento quântico eficaz do PSII e a taxa de transporte de elétrons fotosintéticos) de mudas de soja. A tecnologia SIF pode detectar essas mudanças.

A tecnologia de fluorescência de clorofila induzida pela luz solar (SIF) fornece uma abordagem direta e não invasiva para o monitoramento da força ambiental na soja, capturando sinais fotológicos diretamente relacionados ao mecanismo da fotossíntese. Usando esta tecnologia, podemos controlar a saúde das culturas de forma mais oportuna e fornecer suporte técnico essencial para a gestão precisa da agricultura e a garantia de um rendimento estável das culturas.

A tecnologia de fluorescência de clorofila induzida pelo sol (SIF) fornece um método direto e não invasivo para monitorar o estresse ambiental em soja, capturando sinais de luz diretamente ligados ao mecanismo de fotosíntese. A utilização desta tecnologia permite uma avaliação mais oportuna da saúde das culturas, oferecendo importante apoio técnico para a gestão da agricultura de precisão e garantindo rendimentos estáveis das culturas.

Fontes / Casos:

1. KQuantificando o estresse de alta temperatura na fotosíntese do tolho da soja: o papel único da fluorescência da clorofila induzida pelo sol. (2021)

2. Quantificar o estresse de alta temperatura na fotosíntese do dosel na experiência de Melhoria Controlada de Ar Livre de Temperatura (T-FACE): o papel único da fluorescência de clorofila induzida pelo sol na captura do estresse fisiológico da planta. (2020)

3. A fluorescência de clorofila induzida pelo sol captura os efeitos do ozônio elevado sobre a estrutura da tolha e a aceleração da senescência na soja. (2023)

4. Efeitos do bisfenol A no crescimento, fotosíntese e fluorescência da clorofila em órgãos acima do solo de mudas de soja. (2013)