11. Arquitetura e melhoramento de plantas: a Revolução Verde e o conceito de ideótipo

A Revolução Verde das décadas de 1960 e 1970 baseou-se na alteração radical da arquitetura de duas das mais importantes plantas cultivadas do planeta: o arroz e o trigo-mole. Esta transformação assentou na introdução agronómica de cultivares portadoras de genes ananicantes (dwarfing genes), os quais interferem na regulação hormonal do encanamento, particularmente na via de síntese ou resposta ao ácido giberélico (Peng et al., 1999; Ross et al., 2005).

Ao contrário das cultivares tradicionais — que eram altas e folhosas para ensombrarem o solo e resistirem à competição por infestantes —, estes novos cereais de colmo curto e forte alteraram a alocação dos produtos da fotossíntese. Em vez de investirem fotoassimilados e azoto no crescimento vegetativo de um caule comprido (palha alta), desviaram esses recursos para a formação e enchimento do grão, incrementando substancialmente o índice de colheita (harvest index). Além da produtividade direta, a sua baixa estatura tornou as plantas altamente resistentes à acama (tombamento provocado por ventos fortes e chuvas torrenciais no final do ciclo), permitindo uma resposta excecional à adubação azotada sem que o colmo colapsasse.

Contudo, esta nova arquitetura implica trade-offs agronómicos significativos. Por serem mais curtas e sombrearem menos o solo, estas variedades revelaram-se muito mais suscetíveis à competição pelas infestantes. Simultaneamente, o consumo de nutrientes disparou, uma vez que as sementes possuem relações C/N e C/P muito mais baixas do que a palha. Consequentemente, o sucesso destas cultivares ananicantes obrigou à adoção de um pacote tecnológico intensivo, dependente da aplicação de herbicidas e de fertilizantes minerais. Com o tempo, o uso de genes para alterar a arquitetura e maximizar o índice de colheita acabou por se generalizar a muitas outras plantas cultivadas.

É inegável que, graças à Revolução Verde, há mais de 50 anos que a oferta de alimentos pelo sistema alimentar mundial ultrapassa o crescimento demográfico, marcando um momento único na história da humanidade. O grande mentor da Revolução Verde, o biólogo e agrónomo estadunidense Norman Borlaug (1914-2009), foi galardoado em 1970 com o Prémio Nobel da Paz em reconhecimento do seu papel na melhoria da segurança alimentar global. A Revolução Verde não está, porém, isenta de críticas, sendo a maior delas a dependência absoluta da atual produção de alimentos em relação ao consumo de combustíveis fósseis (via fertilizantes sintéticos e mecanização).

A modificação da arquitetura continua a ser uma componente essencial nos programas atuais de melhoramento de plantas cultivadas. O investigador australiano Colin M. Donald propôs, na década de 1960, o conceito de ideótipo (ideotype), um modelo ideal de planta a perseguir pelos melhoradores, que combina as características morfológicas e fisiológicas estritamente necessárias para alcançar maior produtividade e qualidade num determinado contexto edafoclimático e socioeconómico (Donald, 1968). De acordo com aquele autor, a componente morfológica do ideótipo do trigo-mole inclui:

• Caule robusto e curto – para garantir a máxima resistência à acama;
• Escasso afilhamento – para evitar a competição interna e aumentar a alocação de fotossintetizados diretamente na parte reprodutiva principal;
• Folhas mais eretas – tornando a canópia mais eficiente na captura luminosa e na conversão da luz em energia química em povoamentos densos;
• Menos folhas pequenas – uma vez que estas reduzem a eficiência global do uso da água;
• Espiga maior – com um maior número de flores (e, subsequentemente, frutos/grãos);
• Presença de arista – para aproveitar o contributo fotossintético direto e favorável desta estrutura na proximidade do grão.

A aplicação deste conceito estende-se a outras culturas. Na macieira, por exemplo, procuram-se, entre outras características morfológicas, árvores que frutifiquem em esporões não demasiado longevos e que produzam naturalmente apenas um fruto por inflorescência, reduzindo a necessidade de monda (P.-É. Lauri & Laurens, 2005).

É importante sublinhar que, enquanto o ideótipo clássico de C. Donald se concentrava quase exclusivamente na arquitetura da parte aérea (canópia), os desafios da sustentabilidade deslocaram o foco atual para a arquitetura subterrânea. Para combater a elevada exigência de fertilizantes (que marcou a Revolução Verde) e mitigar o stresse hídrico agravado pelas alterações climáticas, os melhoradores procuram agora desenvolver ideótipos radiculares. O modelo mais conhecido será o Steep, cheap and deep (raízes inclinadas, de baixo custo metabólico e profundas) (Lynch, 2013). Esta arquitetura visa criar cultivares cujas raízes crescem rapidamente na vertical para explorar a água e o azoto lixiviados nas camadas mais profundas do perfil do solo, abrindo caminho para uma agricultura menos dependente de agroquímicos e mais resiliente às irregularidades meteorológicas.

No futuro próximo, o aumento do teor de CO₂ atmosférico vai, inevitavelmente, alterar os ideotipos perseguidos pelos melhoradores de plantas. Com concentrações mais elevadas de CO₂, as plantas não precisam de tantas folhas para fixar a mesma quantidade de carbono. Genótipos com menos folhas (i.e., com menor superfície foliar por unidade de área de solo) transpiram menos água, exigem um menor investimento em massa radicular e podem desviar o carbono fixado nas folhas quase diretamente para a produção de frutos e sementes, gerando ganhos substanciais de produtividade (Srinivasan et al., 2016).