A maioria das plantas e plantas cultivadas são plantas C3, referindo-se ao facto do primeiro composto de carbono produzido durante a fotossíntese conter três átomos de carbono. Sob alta temperatura e luz, contudo, o oxigénio tem uma grande afinidade com a enzima fotossintética Rubisco. O oxigénio pode ligar-se à Rubisco em vez do dióxido de carbono, e através de um processo chamado fotorespiração, o oxigénio reduz a eficiência fotossintética da planta C3 e a eficiência da utilização da água. Em ambientes com alta temperatura e luz, que tendem a ter limitações de humidade no solo, algumas plantas desenvolveram a fotossíntese de C4. Uma anatomia e bioquímica únicas da folha permite às plantas C4 ligarem o dióxido de carbono quando este entra na folha e produz um composto de 4-carbono que transfere e concentra dióxido de carbono em células específicas em torno da enzima Rubisco, melhorando significativamente a eficiência da utilização fotossintética e da água da planta. Como resultado, em ambientes de luz e temperatura elevadas, as plantas C4 tendem a ser mais produtivas do que as plantas C3. Exemplos de plantas C4 incluem milho, sorgo, cana-de-açúcar, painço, e switchgrass. Contudo, as adaptações anatómicas e bioquímicas de C4 requerem energia e recursos vegetais adicionais do que a fotossíntese C3, e assim, em ambientes mais frios, as plantas C3 são tipicamente mais eficientes e produtivas fotossinteticamente.
Desde que o dióxido de carbono é o gás que as plantas necessitam para a fotossíntese, os investigadores estudaram como as elevadas concentrações de CO2 têm impacto no crescimento das plantas C4 e C3 e no rendimento das colheitas. Embora as plantas C3 não estejam tão adaptadas às temperaturas quentes como as plantas C4, a fotossíntese das plantas C3 é limitada pelo dióxido de carbono; e como seria de esperar, a investigação demonstrou que as plantas C3 beneficiaram de concentrações aumentadas de dióxido de carbono com crescimento e rendimentos aumentados (Taub, 2010). Em contraste, com as suas adaptações, as plantas C4 não são tão limitadas pelo dióxido de carbono, e sob níveis elevados de dióxido de carbono, o crescimento das plantas C4 não aumentou tanto como o das plantas C3. Em estudos de campo com níveis elevados de dióxido de carbono, os rendimentos das plantas C4 também não foram mais elevados (Taub, 2010). Além disso, se o azoto do solo fosse limitado, a resposta das plantas C3 a uma concentração elevada de CO2 era reduzida ou o teor de azoto ou proteínas das plantas cultivadas era reduzido em comparação com as plantas cultivadas em condições N de solo elevado (Taub, 2010). Estes resultados sugerem que as culturas irão provavelmente exigir uma maior disponibilidade de nutrientes no solo para beneficiar de concentrações elevadas de dióxido de carbono atmosférico. Para mais informação de leitura opcional sobre a resposta das plantas C3 e C4 a concentrações elevadas de dióxido de carbono, ver o seguinte resumo de investigação que também está listado na lista de leitura adicional, Effects of Rising Atmospheric Concentrations of Carbon Dioxide on Plants.
Other Drought Tolerant Crop Plant Traits
Algumas características adicionais das plantas que ajudam as plantas a tolerar a seca e o stress térmico incluem sistemas radiculares profundos (típicos das perenes) e/ou folhas espessas com ceras que reduzem a perda de água e a taxa de transpiração. Além disso, algumas plantas rolam as suas folhas para reduzir a área de superfície para recepção de radiação solar e aquecimento, e algumas reduzem mais a sua condutância estomacal (perda de água) do que outras.
Temperatura
Temperaturas elevadas projectadas com as alterações climáticas podem ter múltiplos impactos nas condições de crescimento das plantas. As alterações climáticas podem prolongar as estações de cultivo em algumas regiões, embora a duração dos dias não se altere. Como as datas de plantio são alteradas com estações de cultivo mais longas, as culturas também podem ser expostas a temperaturas elevadas, stress hídrico, e risco de geadas. As temperaturas elevadas podem também aumentar a evaporação da água do solo, reduzindo a disponibilidade de água no solo. As temperaturas mais elevadas não são necessariamente ideais para o rendimento, mesmo que as temperaturas sejam inferiores à temperatura óptima das plantas. A temperaturas elevadas, as plantas crescem mais rapidamente o que tende a, um, reduzir o tempo de fotossíntese e crescimento, resultando em plantas mais pequenas, e dois, reduzir o tempo de enchimento de grãos, reduzindo o rendimento, particularmente se as temperaturas nocturnas forem elevadas (Hattfield et al., 2009). As temperaturas elevadas podem também reduzir a viabilidade do pólen, sendo letais para o pólen. Os múltiplos efeitos das altas temperaturas no processo fisiológico das plantas e na humidade do solo explicam provavelmente porque é que a investigação descobriu que o desenvolvimento e o rendimento dos grãos são frequentemente reduzidos quando as temperaturas são elevadas (Hattfield et al., 2009).
Muitos factores que são projectados para mudar com as alterações climáticas podem influenciar o crescimento das plantas. Estes incluem a concentração de dióxido de carbono, temperatura, precipitação e humidade do solo, e concentrações de ozono na atmosfera inferior.
Leia a Introdução e Mensagem Chave 1 (Increasing Impacts on Agriculture) da Avaliação Climática Nacional.
Cheque a sua compreensão
Como irão os múltiplos factores de mudança climática que são projectados para mudar em conjunto (tais como temperatura, concentração de dióxido de carbono, e disponibilidade de humidade no solo) influenciar de forma diferente o crescimento e rendimento das plantas cultivadas?