Conhecida como a ciência que estuda as aplicações técnicas da luz, a fotônica, com sua versatilidade e rapidez, tem se revelado uma aliada importante da agricultura na investigação de doenças em plantas, seleção de citros para melhoramento genético e análises da composição química de solos. A pesquisa que diagnosticou precocemente o cancro cítrico e a pior doença da citricultura – o greening, também conhecida Huanglongbing (HLB), – conquistou o prêmio de trabalho destaque no Simpósio de Laser e suas Aplicações, realizado em Recife (PE), em setembro. No começo de novembro, a mesma pesquisa foi classificada em primeiro lugar na edição 2014 do Prêmio Sustainability Innovation Student Challenge Award (SISCA) de Inovação e Sustentabilidade, promovido pela empresa Dow em parceria com a Universidade de São Paulo (USP), entre 80 participantes.

Neste estudo, foram empregadas técnicas conhecidas como espectroscopias, que analisam a luz emitida das amostras. São a Espectroscopia de Fluorescência Induzida por Laser – do inglês Laser induced Fluorescence Spectroscopy (LIFS) – e a Espectroscopia de Emissão Óptica com Plasma Induzido por Laser – Lasenduced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Elas são utilizadas simultaneamente nas avaliações ou individualmente, dependendo do tipo de investigação.

O reconhecimento é um indicativo de que o emprego da técnica na área agrícola está avançando e se apresenta como uma alternativa aos métodos convencionais, que são imprecisos e caros.

Fotônica em citros

A LIFS analisa a emissão de fluorescência de compostos moleculares, enquanto a LIBS analisa a emissão de luz oriunda de átomos em um plasma, os quais foram retirados da amostra por meio da interação com um laser de alta energia.

Ao contrário da medicina, área em que já é explorada para diagnosticar doenças, realizar tratamentos e cirurgias, na agricultura as técnicas começaram a ser usadas na última década apenas. São poucos os grupos de pesquisa desenvolvendo instrumentação na área. Um deles está no Laboratório de Óptica e Fotônica da Embrapa Instrumentação (SP), onde diversas aplicações estão sendo estudadas.

A pesquisadora Débola Milori, que coordena os trabalhos no laboratório, explica que LIFS e LIBS empregam a fluorescência induzida por laser para investigar diferenças na composição química entre folhas de uma árvore saudável e folhas de uma árvore doente, no caso de aplicação para diagnóstico de doenças em citrus. "Doenças, estresses ou outras alterações podem levar a variações nas concentrações dos pigmentos e metabólitos na planta, que podem ser detectadas pela técnica fotônica de fluorescência", diz.

Esse método de avaliação difere do PCR (Polymerase Chain Reaction),   que realiza o diagnóstico da doença baseado na análise molecular das folhas de plantas suspeitas, em busca do DNA da bactéria causadora do greening. Mas a limitação do PCR é o custo alto por amostra, em torno de US$ 10.00 a US$ 50.00, e a demora da análise, cerca de 20 dias.

Outro sistema adotado por citricultores é a inspeção visual e a eliminação das plantas assim que apresentam os primeiros sintomas da doença. Para Milori, esse procedimento ainda não é suficiente, porque em geral, quando os primeiros sintomas são detectados visualmente, a árvore de citros já está contaminada há meses. O período estimado de incubação da doença é de aproximadamente 6 a 36 meses. Durante este período que a planta permanece no pomar, torna-se propagadora invisível da doença.

O greening e o cancro-cítrico são doenças bacterianas que ainda não têm cura, comprometem a produção e o desenvolvimento da fruta e levam à morte da árvore. "Por isso, uma nova metodologia científica representa uma forma de minimizar as falhas por inspeção visual e um controle da proliferação da doença", sugere a pesquisadora.

O emprego da LIFS e da LIBS no diagnóstico das doenças de cancro-cítrico e greening foi conduzido durante dois anos por Anielle Ranulfi, como proposta de mestrado, sob a supervisão da pesquisadora Débora Milori. "Conseguimos com LIFS detectar o greening 21 meses antes do aparecimento dos primeiros sintomas visuais", afirma.

Ranulfi explica que foram avaliadas mensalmente cinco folhas de cada uma das 40 árvores de citros selecionadas, entre doentes, sintomáticas, assintomáticas e saudáveis, sem preparo da amostra, durante 25 meses. As amostras foram coletadas de uma fazenda localizada na cidade de Gavião Peixoto (SP) e analisadas de acordo com um modelo de classificação construído para este fim. A taxa de acerto ficou entre 70% e 90%.

A cientista lembra que entre as vantagens destas técnicas estão a portabilidade, análise rápida, in loco, sem a necessidade de preparo de amostra, o que contribui para a não geração de resíduos químicos, conforme preconiza o conceito da Química Verde – redução ou eliminação do uso e geração de substâncias nocivas à saúde humana e ao ambiente.

Benefícios da técnica

O sistema LIBS avaliou a composição mineral das folhas, a fim de verificar variações nos macro e micronutrientes da planta e, com isso, tentar relacioná-los com a presença ou ausência do patógeno na busca do diagnóstico.

Esse sistema já é reconhecido com ferramentas analíticas para utilização laboratorial, não somente por sua capacidade de avaliar qualquer elemento da tabela periódica como também pelo preparo da amostra que pode ser bastante simplificado. A técnica é a mesma utilizada pela NASA, no Rover Curiosity, para detectar presença de água em Marte.

Em plantas, tem sido utilizada para avaliar déficits nutricionais. Por se tratar de uma técnica rápida e ambientalmente limpa – não requer o uso de reagentes para o preparo de amostras – apresenta grande potencial para aplicação em campo. Com LIBS é possível analisar amostras nos estados sólido, líquido e gasoso e com uma única medida é possível detectar todos os elementos de maneira simultânea.

Ranulfi acredita que a aplicação das técnicas em larga escala poderá facilitar o manejo diário e contribuir para uma tomada de decisão mais rápida, o que pode fazer toda a diferença para eliminação das doenças do pomar. "Devido a características tão interessantes como estas, o emprego das técnicas fotônicas pode ainda alcançar outras culturas e ajudar no manejo de outras doenças", conclui.

Mercado

O Brasil é o terceiro maior produtor de frutas do mundo. Nesse contexto, destaca-se a produção de laranjas, com 16,36 milhões de toneladas em 2012/2013, com aumento previsto em torno de 8% em 2013/2014, segundo o USDA, atingindo 17,75 milhões de toneladas, impulsionada por elevada produtividade e clima favorável.

A safra de 2014/2015 deve alcançar 317 milhões de caixas, segundo estimativas da Associação Nacional de Exportadores de Sucos Cítricos (CitrusBR), um crescimento de aproximadamente 10% em relação à safra 2013/2014, estimada em 284,9 milhões de caixas.

Adotando um rendimento médio de duas caixas de laranja por árvore, estima-se que o cancro-cítrico, a CVC, a morte–súbita-dos-citros e o greening, ou huanglongbing (HLB), foram responsáveis por uma redução anual de cerca de 78 milhões de caixas, que, comparadas com os 317 milhões de caixas colhidas na safra 2009/2010, representam uma diminuição de safra da ordem de 20%.

Melhoramento genético

A biofotônica também se revelou uma ferramenta inovadora em processos de melhoramento genético. Com a técnica de Fluorescência Induzida por Laser (FIL), associada à análise molecular, a estudante Dayse Drielly Douza Santana observou que é possível fazer a diferenciação de seleções de tangerinas Sunki e usá-las como mais uma opção de porta-enxertos, que são de suma importância para a garantia da produção e produtividade de frutos.

Este trabalho recebeu o prêmio de Jovem Cientista em Fruticultura na categoria Mestre de 2014, no Congresso Brasileiro de Fruticultura, realizado em agosto, em Cuiabá (MT).

A técnica utiliza o mesmo princípio da espectroscopia de fluorescência. A diferença consiste na fonte de radiação utilizada, que no FIL é o laser. No experimento foram utilizadas 362 plantas, sendo 160 mudas da Sunki Comum e 202 mudas da Sunki Flórida. A análise de similaridade das matrizes contou com a coleta de 107 folhas das quatro seleções de Sunki do banco de germoplasma da Embrapa Mandioca e Fruticultura.
 
No Brasil, predomina um único porta-enxerto, o limoeiro Cravo, com 99% de adoção, devido às características de fácil produção de mudas, compatibilidade com as copas mais utilizadas, tolerância à seca e ao vírus-da-tristeza-dos-citros (CTV), além de sua alta rusticidade. Mas com o surgimento da morte-súbita-dos-citros, milhões de plantas enxertadas sobre este limoeiro foram perdidas.

Segundo o pesquisador da Embrapa Mandioca e Fruticultura e orientador da estudante, Abelmon da Silva Gesteira, pesquisador da Mandioca e Fruticultura, a técnica será de grande importância para os viveiristas, que visam a produção de mudas com qualidade e com alta confiabilidade de identificação. "O equipamento, além de ter mostrado eficiência na diferenciação de variedades próximas, também pode ser útil para identificação de híbridos que não são de interesse para obtenção de mudas mais uniformes", diz.

A enxertia é um processo em que ocorre a união de duas partes de diferentes plantas, que se desenvolverão como único ser. Nesse processo essas partes são denominadas porta-enxerto ou "cavalo", que formará o sistema radicular, assimilando os minerais do solo e nutrindo a planta, e o enxerto ou "cavaleiro", que criará o sistema aéreo (copa).

LIBS em solos

O estudante Renan Arnon Romano avaliou o potencial da técnica para determinar as características físicas de solos, ou seja, a textura (granulometria), e concluiu que a técnica LIBS tem alta possibilidade de estimar não só elementos químicos como também as características físicas da amostra. O trabalho foi premiado na III Semana Integrada do Instituto de Física de São Carlos, realizada ano passado.

A textura – teores de argila, silte e areia – é um parâmetro importante para o entendimento das condições do solo, porque influencia diretamente na agregação, porosidade e armazenamento de água. Para avaliação, Romano utilizou 60 amostras de solos de diversas regiões do País e para cada uma foram realizadas 60 medidas LIBS.

Comparando com outros métodos, como o de pipeta, por exemplo, que leva 24 horas no mínimo para fazer a medida, a técnica LIBS é rápida, de baixo custo e tem a capacidade de determinar mais de uma propriedade física ou química da amostra com apenas uma medida. Há ainda a possibilidade de ir a campo para gerar mapas das características de solo de uma região.