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fluorescência de raios X

Espectroscopia de Fluorescência de Raios X: Avanços Analíticos para a Nutrição Mineral de Plantas

Figura 1. Instrumentação básica de um espectrômetro de fluorescência de raios X (XRF) e espectro resultante de uma medida em amostra vegetal.

Você sabe o motivo pelo qual a fluorescência de raios X (XRF) vem sendo considerado um avanço para a nutrição de plantas?

Como todo ser vivo, as plantas precisam de nutrientes para sobreviverem. Logo, compreender a função e a dinâmica desses nutrientes é fundamental para entender como tanto como as plantas funcionam e se desenvolvem, quanto para desenvolver estratégias para torná-las mais resistentes, produtivas e nutritivas de modo garantir de maneira sustentável todos alimentos e produtos de origem vegetal utilizados pelos seres humanos.

Contudo, apesar da sua importância, identificar e quantificar os nutrientes dentro das plantas pode ser uma tarefa desafiadora, uma vez que a quantidade destes nutrientes é não é uniforme e varia entre os tecidos vegetais e ao longo do desenvolvimento destes, podendo também ser afetadas por fatores ambientais e de manejo, como secas e aplicações de fertilizantes, por exemplo.

Diversas técnicas são amplamente empregadas para este tipo de análise, em especial aquelas baseadas nas espectroscopias de emissão ou absorção atômica (AAS e AES, siglas em inglês), onde os átomos dos elementos químicos presentes nas amostras vegetais são identificados a partir de suas propriedades de absorver ou emitir luz. No entanto, essas técnicas exigem que os tecidos vegetais sejam transformados em líquido a partir de processo um complexo e demorado. Além de impossibilitar a obtenção de resultados rápidos, essas técnicas oferecem apenas uma “fotografia” da concentração médias dos nutrientes no tecido vegetal no momento de sua coleta, não permitindo entender como as plantas absorvem, acumulam e movimentam os nutrientes entre os seus tecidos.

Nesse contexto, a espectroscopia de fluorescência de raios X (XRF, sigla em inglês) vem se destacando nos estudos de nutrição mineral de plantas. Nesta, a identificação de elementos químicos nas amostras vegetais se dá através das energias características de raios X emitidas por estes elementos quando a amostra é exposta a um feixe de raios X com adequada energia (Fig. 1).

Por exigir um preparo mínimo das amostras e estas disponível tanto em equipamentos de bancada e portáteis, quanto em linhas de luz síncrotron (Fig. 2), essa técnica permite determinar a composição, absorção e distribuição dos nutrientes com rapidez ou mesmo utilizando plantas vivas, permitindo acompanhar esses processos em tempo real.


Figura 2. Exemplos de equipamentos de XRF utilizados para análise de tecidos vegetais

No Brasil, diversos estudos utilizando a XRF para investigar a absorção e a distribuição espacial dos elementos em plantas vivas foram conduzidos ao longo dos últimos anos. Nestes, a técnica permitiu avaliar a absorção radicular e via semente de diversas fontes (solúveis, micrométricas, complexadas e manométricas) de zinco, cobre, ferro e manganês, em feijoeiro e soja (Savassa et al, 2018; Duran et al, 2017; Duran et al, 2018; Lau et al, 2020; Montanha et al, 2019; Montanha et al, 2020). Também na soja, foi possível determinar a velocidade de absorção de fertilizantes foliares a base de zinco e entender as interações entre as fontes de fertilizantes e o glifosato na absorção de manganês pelas plantas de soja. (Machado et al, 2019; Gomes et al, 2019).

Dessa forma, a espectroscopia de fluorescência de raios X tem se tornando uma ferramenta poderosa para uma compreensão da relação entre os elementos e as plantas, tornando-se fundamental para diversos estudos dentro da nutrição mineral de plantas e ajudando a melhor compreender o funcionamento das plantas e a traçar estratégias para melhorá-lo.

Referências

A Duran, NM; Medina-Llamas, M; Cassanji, JG; DE Lima, RG; De Almeida, E; Macedo, WR, Mattia, D; Carvalho, HWP. Bean seedling growth enhancement using magnetite nanoparticles. Journal of agricultural and food chemistry, 66. 2018. 10.1021/acs.jafc.7b03014

Duran, NM; Savassa, SM; Lima, RG; De almeida, E; Linhares, FS; Van gestel, CA; De Carvalho HWP. X-ray spectroscopy uncovering the effects of Cu based nanoparticle concentration and structure on Phaseolus vulgaris germination and seedling development. Journal of agricultural and food chemistry, 64. 2017. 10.1021/acs.jafc.8b00557

Gomes, MH; Machado, BA; Rodrigues, ES; Montanha, GS; Rossi, ML; Otto, R; Linhares,  FS; De Carvalho, HWP. In vivo evaluation of Zn Foliar uptake and transport in soybean using X-ray absorption and fluorescence spectroscopy. Journal of agricultural and food chemistry. 67, 2019. 10.1021/acs.jafc.9b04977

Lau, EC; Carvalho, LB; Pereira, AE; Montanha, GS; Corrêa, CG; Carvalho, HWP; Ganin, AY; Fraceto, LF; Yiu, HH. Localization of coated iron oxide (Fe3O4) nanoparticles on tomato seeds and their effects on growth. ACS Applied Bio Materials, 3. 2020. DOI: 10.1021/acsabm.0c00216

Machado, BA; Gomes, MH; Marques, JPR; Otto, R; De Carvalho, HWP. X-ray spectroscopy fostering the understanding of foliar uptake and transport of Mn by soybean (Glycine max L. Merril): Kinetics, chemical speciation, and effects of glyphosate. Journal of agricultural and food chemistry, 67. 2019. 10.1021/acs.jafc.9b05630

Montanha, GS; Rodrigues, ES; Marques, JPR; De Almeida, E; Colzato, M; De Carvalho, HWP. Zinc nanocoated seeds: an alternative to boost soybean seed germination and seedling development. SN Applied Sciences, 5. 2020. 10.1007/s42452-020-2630-6

Montanha, GS; Rodrigues, ES; Marques, JPR; De Almeida, E; Dos Reis, AR; De Carvalho, HWP. X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) applied to plant science: challenges towards in vivo analysis of plants. Metallomics. 2019. 10.1039/c9mt00237e

Montanha, GS; Rodrigues, ES; Romeu, SLZ; De Almeida, E; Dos Reis, AR; Lavres JR, J; De Carvalho HWP. Zinc uptake from ZnSO4 (aq) and Zn-EDTA (aq) and its root-to-shoot transport in soybean plants (Glycine max) probed by time-resolved in vivo X-ray spectroscopy. Plant Science, 292. 2020. 10.1016/j.plantsci.2019.110370

Savassa, SM; Duran, NM; Rodrigues, ES; De Almeida, E; Van Gestel, CA; Bompadre, TF; De Carvalho HWP. Effects of ZnO nanoparticles on Phaseolus vulgaris germination and seedling development determined by X-ray spectroscopy. ACS Applied Nano Materials, 65. 2018. 10.1021/acsanm.8b01619

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Engenheiro de Biossistemas tem como papel criar desenvolver tecnologias no campo, para a produção de alimentos e energia.

Qual o papel do Engenheiro de Biossistemas no mercado de trabalho no Brasil?

Você sabe como o Brasil alcançou a posição de 3º maior exportador agrícola do mundo1? Já imaginou como é manter a produção em larga escala, mesmo com moléstias, como o ataque de pragas e mudanças climáticas? Quer saber como intensificar a produção sem prejudicar o meio ambiente? Ou até mesmo, como incrementar a tecnologia no agronegócio? Você sabe qual o profissional responsável pelo agronegócio no Brasil?

Para entender todo o processo produtivo e tecnológico que proporciona a exportação de commodities brasileiras, devemos saber algumas características sobre o Brasil. O Brasil é, desde seus primórdios, um país cuja principal atividade econômica provém do setor primário. Com uma vasta fauna e flora, foi possível a produção de diversas culturas agrícolas, além da criação de diversos animais. No princípio, as principais culturas eram a cana-de-açúcar e o café. Com o tempo, a demanda mundial foi mudando e, no cenário atual, culturas como milho, soja e algodão dominam o mercado global.

Desse modo, é de suma necessidade o desenvolvimento de tecnologias que visem o incremento dessas culturas, bem como de diversas outras, possibilitando uma produção intensificada e rápida, de modo a alcançar a demanda mundial, como mostra a projeção verificada na Tabela 1.

Tabela 1. Projeções do agronegócio brasileiro até 2028.

Fonte: https://blog.aegro.com.br/agronegocio-no-brasil/

Com o curso focado em questões como as discutidas acima, o Engenheiro de Biossistemas tem como papel criar e desenvolver tecnologias no campo, para a produção de alimentos e energia, de maneira eficiente e sustentável, além de agregar competências das áreas de produção vegetal e animal, instrumentação, tecnologia de informação, automação e meio ambiente2  Em outras palavras, o Engenheiro de Biossistemas é um profissional que compreende os biossistemas e atua na automação dos processos produtivos3.

O profissional formado recebe o CREA (Conselho Regional de Engenharia e Agronomia), com todas as 18 atribuições, além de atribuições provenientes de Engenharia Elétrica, Engenharia Agrícola e Biologia4. Em suma, a importância desse profissional no Brasil pode ser expressa pelo papel do setor primário no PIB do país, sendo este um indivíduo qualificado a promover o desenvolvimento produtivo e econômico do país, atuando em empresas dos segmentos de energia eólica e solar, bioenergia, implementos agrícolas, equipamentos para produção animal, software, controle e automação, geoprocessamento, pesquisa científica e consultoria5.

No Brasil, o curso de Engenharia de Biossistemas é ofertado pela USP (Pirassunga-SP), UNESP (Tupã-SP), IFSP (Avaré-SP) e UFCG (Sumé-PB). O curso de Engenharia de Biossistemas, além de diversos projetos de extensão têm o objetivo de formar um profissional completo, com fundamentos em conhecimento teórico e aulas práticas com visão voltada para o mercado de trabalho.

Para maiores informações sobre o curso de Engenharia de Biossistemas ofertado pela UNESP (Tupã) acesse o site:

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE BIOSSISTEMAS – UNESP TUPÃ

Referências

1Globo Rural. Brasil passa a ser 3º maior exportador agrícola, mas clima ameaça futuro. Revista Globo Rural, 2018. Disponível em: <https://revistagloborural.globo.com/Noticias/Agricultura/noticia/2018/09/globo-rural-brasil-passa-a-ser-3o-maior-exportador-agricola-mas-clima-ameaca-futuro.html>. Acesso em: 25 de março de 2021.

2UNESP Tupã. Departamento de Engenharia de Biossistemas. UNESP Tupã, 2020. Disponivel em https://www.tupa.unesp.br/#!/ensino/departamentos/engenharia-de-biossistema/. Acesso em: 25 de março de 2021.

3Mão na Roda recebeu Prof. Dr. Raul Andres Martinez da UNESP de Tupã – Bloco 2, 2020. 1 vídeo (22 min e 11s). Publicado pelo canal TV Câmara Tupã. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=YWQEEYn0GTQ&t=2s. Acesso em: 25 de março de 2021.

4GUIA DE PROFISSÕES UNESP. Guia de Profissões Unesp: Universidade Publica gratuita mais próxima de você. São Paulo:  Fundação para o desenvolvimento da Unesp, 27° edição, p. 91, 2019.

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