Em concreto, na presente proposta propomos o desenvolvimento de tecnologias amigas do ambiente que contribuam para o aumento da resiliência dos ecossistemas agrícolas, em particular ao stresse biótico e abiótico em videira e oliveira, baseadas na aplicação, em situações de campo, de UVs, bem como de vibrações sonoras e ultrassons. Prevemos ainda a utilização de sensores de metabolitos e ultrassons inteligentes capazes de detetar precocemente sintomas de stresse biótico e abiótico, o que permitirá um uso mais racional da quantidade de agroquímicos e de água.

Estudos recentes sobre o efeito da radiação UV em videira têm recorrido à aplicação de lâmpadas de UV-A e/ou UV-B em folhas ou bagos e ao estudo do seu efeito na expressão de genes e na produção de metabolitos específicos. Uma vez que muitos compostos produzidos são antioxidantes potentes ou hormonas, antecipamos um efeito benéfico da aplicação de UVs na estimulação das defesas da videira e da oliveira e na sua resiliência acrescida contra o ataque por fungos (causadores, por exemplo, do oídio e do míldio na videira e da gafa e do olho de pavão na oliveira) e stresse hídrico. Antevemos também um efeito negativo direto das radiações UV na proliferação dos fungos (com base em aplicações noturnas) apoiado por estudos recentes. Por outro lado, foi demonstrado que a aplicação de ultrassons (40,5 kHz; 100 dB durante 2 semanas-) em tomate e arroz reduziu a incidência de infeções pelos fungos Fusarium oxysporum e Magnaporthe oryzae, respetivamente, e que os estímulos conduziram à sobre-expressão de genes envolvidos na via de síntese de ácido salicílico, o que abre excelentes perspectivas para que o seu uso combinado com UVs possa exercer efeitos sinergísticos contra doenças da vinha e do olival.

Adicionalmente, pretendemos otimizar as potencialidades desta tecnologia recorrendo a sensores inteligentes de ultrassons existentes no mercado que permitam monitorizar o estado hídrico das plantas ou do solo, bem como a textura do solo e a sua riqueza em matéria orgânica, com vista a uma gestão mais equilibrada dos recursos hídricos.

O projeto será desenvolvido com plantas envasadas e em condições de campo, em vinhas e olivais dos parceiros do consórcio, como será detalhado em sede de candidatura. Em sede de candidatura serão também definidos os protocolos de adequação e de testagem, incluindo comprimentos de onda dos UVs, frequências e intensidades das vibrações sonoras e ultrassons, duração dos tratamentos, efeitos sinergísticos, momentos de aplicação dos tratamentos de acordo com o estado fenológico das plantas, entre outras variáveis. Serão ainda validados os efeitos da aplicação dos UVs/vibrações sonoras/ultrassons, recorrendo a estudos de ecofisiologia (e.g. taxa fotossintética, transpiração foliar, vigor e produtividade), a estudos analíticos (doseamento de metabolitos dos frutos) e abordagens high throughput (metabolómica, transcriptómica e metagenómica) que permitirão caracterizar a qualidade dos frutos, do vinho e do azeite. A tecnologia dos ultrassons para monitorizar parâmetros físico-químicos do solo será validada recorrendo a equipamentos e técnicas convencionais (e.g. data loggers, avaliação da capacidade de campo e doseamento da matéria orgânica). De igual forma, a tecnologia dos sensores de metabolitos e ultrassons para a monitorização do stresse hídrico e biótico das plantas, será validada por métodos ecofisiológicos, como os acima referidos.

Atualmente a agricultura enfrenta desafios enormes num cenário global de pressão ambiental e económica crescentes. Com efeito, as alterações climáticas têm comprometido severamente a produtividade das plantas (e causado perdas económicas significativas), pela ocorrência de fenómenos climatéricos extremos, como a secura ou ondas de calor, e pelo aumento da incidência de pragas e de doenças. Por sua vez, os agrossistemas de cultura intensiva, normalmente associados à monocultura e à utilização de uma grande quantidade de fertilizantes e corretores do solo, bem como inseticidas, herbicidas e outros agrotóxicos, têm comprometido o equilíbrio do meio ambiente e a saúde dos consumidores. Neste contexto, para alimentar uma população mundial em crescimento exponencial (10,000 M de pessoas até 2050), torna-se imperativo implementar um novo paradigma que vise uma produção agrícola sustentável, compatível com uma redução substancial dos níveis de agroquímicos, com a utilização racional da água e dos solos e com o restauro dos ecossistemas.

As plantas são continuamente desafiadas por um amplo espectro de fatores ambientais e estímulos, como radiações, temperaturas extremas, secura, vento, vibrações, doenças e pragas. No contexto de um processo de evolutivo de milhões de anos, as plantas “aprenderam” a reconhecer esses estímulos e a desencadear um processo de resposta específico.  

A luz visível é uma fonte de energia para as plantas (fotossíntese) e de informação (ritmos circadianos, fototropismo, etc), mas a radiação UV - que representa 5% da radiação solar-, é também um fator ambiental que, reconhecidamente, regula diversas respostas adaptativas. Com efeito, a radiação UV-B aumenta a tolerância de Arabidopsis à infeção pelo fungo Botrytis cinerea, envolvendo a produção de metabolitos especializados, como antocianinas e alcalóides, bem como ácido salicílico e ácido jasmónico, hormonas relacionadas como processo de defesa.  Por seu turno, as vibrações sonoras, incluindo ultrassons, desencadeiam também mecanismos de resposta que conduzem ao aumento da tolerância das plantas a diversos factores de stresse biótico e abiótico. O sinal acústico melhor conhecido que desencadeia processos de defesa nas plantas é o produzido por insetos. A aplicação de vibrações sonoras até 4 kHz desencadeia respostas específicas de defesa em plantas, como a síntese de sinalizadores envolvidos na resistência sistémica adquirida.

Por outro lado, as plantas também emitem sinais sonoros quando sujeitas a situações de stresse. Por exemplo, o fenómeno de cavitação (formação de bolhas de ar na coluna ascendente de água dos vasos condutores, em condições de stresse hídrico) produz ultrassons. Este fenómeno possibilita a otimização de métodos não invasivos de medição em tempo real do estado hídrico das plantas e a implementação de práticas agrícolas que evitem o desperdício de água. As plantas mais fragilizadas pelo stresse hídrico são as mais vulneráveis ao ataque por doenças ou pragas, devido ao aumento da temperatura das folhas e ao seu amarelecimento e à emissão dos ultrassons que são percecionados pelos insectos.

Outros estudos têm mostrado que é possível utilizar a tecnologia dos ultrassons para medir o conteúdo em água do solo (em frequências de aproximadamente 40 kHz), bem como a textura de solo (partículas coloidais) e o conteúdo em matéria orgânica.

O presente consórcio - empresas do sector vitivinícola e olivícola nacionais e internacionais, a DRAPN, associações de produtores, laboratórios colaborativos, entidades prestadoras de serviços e informações, centros de competências e polos de inovação, em estreita colaboração com o meio académico -, visa a capacitação técnica e a transferência de conhecimento para o sector vitícola e olivícola. As  competências complementares do consórcio permitirão contribuir com soluções técnicas perfeitamente alinhadas com os 4 objetivos operacionais da iniciativa 4 (adaptação às alterações climáticas) do eixo II.1 (Combate às alterações climáticas), em particular com os objetivos 3 e 4 (“aumentar a resiliência dos ecossistemas agrícolas, espécies e habitats aos efeitos das alterações climáticas” e “aumentar o conhecimento sobre a atividade agrícola, os impactos potenciais e cumulativos, a capacidade de resposta implementar medidas de adaptação.”)

Investigadores do CMEMS (UMinho), INESC-MN e Centro de Química (UTAD) serão responsáveis pela calibração e adaptação/customização de sensores e atuadores Ultra-Sónicos e UV e pelo desenvolvimento de sistemas de controlo. Os investigadores do CBMA (UMinho), do BioISI (UTAD), do ISA e da FCUL desenvolverão estudos de ecofisiologia em plantas envasadas e em condições de campo em resposta aos tratamentos, bem como estudos de biologia molecular, incluindo estudos de transcriptómica do metabolismo secundário e de metabolómica dos frutos (BioISI, FCUL), e de metagenómica (CBMA e FCUL) para avaliar o impacto dos tratamentos no microbioma da planta e do solo. A tecnologia de sensorização por ultrassons das propriedades do solo será validada por investigadores do Centro de Ciências da Terra (UMinho) em articulação com o LRB. O efeito dos UVs/ultrassons sobre a fenologia/floração será avaliado no ISA. Investigadores do CEB (UMinho) e do Centro de Química Fina (UCP) serão responsáveis pelas análises físico-químicas e sensoriais das amostras de vinhos e azeites recolhidas nas várias fases do projeto. Os laboratórios colaborativos InnovPlantProtect, SFCOLAB e Colab Vinha e Vinhos (ADVID) serão responsáveis pela valorização social e económica do conhecimento gerado, potenciando o reforço das sinergias de inovação tecnológica entre as equipas, em articulação com o Centro de Competências InovTechAgro/IPPortalegre. A DRAPN contribuirá com dois Polos de Inovação, nas Quintas de Valongo, dedicada à revitalização das zonas rurais (oliveira) e de Santa Bárbara, dedicada à cadeia de valor da vinha e do vinho (videira) e ficará responsável pela manutenção dos campos experimentais. As associações de produtores ADVID, AVIPE APPITAD e CVRTM terão um papel chave na disseminação e transferência do conhecimento e da tecnologia para os produtores. As PMEs Casa de Santo Amaro (olivicultura), Domingos Alves de Sousa, Soalheiro, Sogevinus e Real Companhia Velha (viticultura) serão responsáveis operacionais pela implementação do plano de ação em estreita colaboração com as unidades de I&D e Instituições de interface do sistema académico, científico e tecnológico, contribuindo para a sua consolidação. A empresa Vibeiras (grupo Mota-Engil) incorporará as tecnologias UV e Ultrassons na sua oferta, ficando responsável pela exploração comercial e análise de resultados das soluções. Como será mencionado em sede de candidatura, serão envolvidas ativamente no consórcio empresas francesas associadas com o Institut Français de la Vigne et du Vin.