1. A adubação silicada e a proteção das plantas diante de insetos-praga

Os insetos são os principais consumidores da produção primária terrestre, constituindo cerca de 80% da vida animal, sendo alguns deles com hábito herbívoro em pelo menos uma das fases do ciclo da vida, tornando-se pragas a distintas culturas (CAMARGO et al., 2011).

As plantas podem apresentar defesas morfológicas, fisiológicas ou bioquímicas, formando barreiras físicas ou químicas contra o ataque dos insetos-praga (CAMARGO et al., 2011). A combinação desses processos físicos e bioquímicos mediados por Si aumenta as defesas das plantas contra estresses bióticos, como o ataque de insetos (BAKHAT et al., 2018).

A resistência das plantas às pragas pode ser diminuída ou aumentada pelo efeito da nutrição mineral em estruturas anatômicas, como, por exemplo, células epidérmicas e cutículas mais finas, paredes celulares com menor grau de salificação, suberização e lignificação (GONZÁLEZ et al., 2015).

A hipótese de uma possível formação de barreira física é baseada na forma de acúmulo de Si nas plantas (POZZA et al., 2015). Também segundo Ramos et al. (2013), a deposição de Si na epiderme evita invasão de patógenos e insetos sugadores. Assim, em vários estudos realizados, é possível observar que o efeito do acúmulo de silício em estruturas mais exteriores à célula, possui função semelhante a compostos como lignina, por exemplo, que geram maior rigidez e, consequentemente, proteção, diante de alguns insetos-praga que possuem determinados hábitos alimentares, onde há desgaste de estruturas como mandíbulas.
Entretanto, o aumento da atividade de compostos fenólicos, polifenóis oxidases e peroxidases em plantas tratadas com Si demonstra o envolvimento desse elemento na indução de respostas de defesa das plantas diante de possíveis adversidades, como por exemplo, insetos-praga (POZZA et al., 2015).

A resistência induzida consiste em aumentar a resistência das plantas a ataques de insetos, usando produtos chamados indutores e sem alterar a composição genética da planta (PORTELA et al., 2019). O silício se destaca entre os indutores, sendo que sua deposição induz resistência da planta contra alguns insetos através da formação de barreiras físicas, químicas e estruturais (PORTELA et al., 2019).

Segundo Guazina et al. (2019), a aplicação de silicato de alumínio em cultivares de soja não afetou a população de lagartas desfolhadoras, porém, constatou-se melhor efeito quando associado a inseticidas.

Já nos estudos de Goussain et al. (2002), verificou-se efeito significativo na mortalidade de lagartas-do-cartucho (Spodoptera frugiperda) ao final do 2° ínstar, alimentadas com folhas provenientes de plantas de milho que receberam cinco aplicações (cinco dias após a emergência das plantas, e após 10, 15, 20 e 25 dias), onde a fonte de Si foi silicato de sódio (25-28% SiO₂), aplicada através de soluções em cada vaso. A mortalidade foi de 6,8% nesse estudo, mais que o dobro da ocorrida na testemunha, sem silício, que foi de 3,3%.

Ainda neste mesmo estudo, observou-se uma porcentagem de oito vezes maior de canibalismo entre lagartas confinadas em folhas de plantas de milho tratadas com silício em relação àquelas que receberam folhas sem tratamento com esse elemento, sendo as taxas de 44% e 5,2%, respectivamente (GOUSSAIN, et al., 2002). As possíveis conclusões a serem tomadas, são de que a camada de silício depositada na folha dificultou a alimentação, induzindo-as a consumirem umas às outras - canibalismo, sendo assim, a aplicação de silício pode tornar plantas de milho mais resistentes à lagarta-do-cartucho (Spodoptera frugiperda) (GOUSSAIN, et al., 2002).

Segundo os estudos de Silva (2010), a aplicação de ácido salicílico em plantas de batata inglesa (Solanum tuberosum), atuou como indutor da síntese de tanino, um composto secundário da planta que atua como deterrente alimentar (capaz de reduzir a alimentação de um inseto).

Em plantas de tomateiro (Solanum lycopersicum), houve alta mortalidade de lagartas da espécie Spodoptera frugiperda de sexto ínstar, que é o mais longo, atribuindo à esta alta taxa de mortalidade a ação da barreira mecânica desse elemento na parede celular das folhas, aumentando a dureza do alimento e provocando desgaste acentuado nas mandíbulas das lagartas (SANTOS et al., 2008). Ainda, doses crescentes desse mineral reduziram os danos da traça-do-tomateiro, sendo ele recomendado como fortificante e protetor (SANTOS et al., 2008).

Contudo, segundo Bakhat et al. (2018), o efeito combinado entre a adubação silicada e o uso de pesticidas ainda deve ser melhor elucidado, já que somente o uso de uma das opções não consegue erradicar ou controlar as pragas. Segundo os mesmos autores, o uso de nanomateriais a base de silício, podem fornecer uma forma mais eficaz e promissora ao combate de pragas, capaz de evitar as perdas agrícolas em escala de campo.

Assim, como citado por Bakhat et al. (2018), a aplicação de Si tende a reduzir as infestações de pragas e pode fornecer uma estratégia integrada ambientalmente sustentável como uma alternativa ao uso extensivo de pesticidas.

2. Adubação silicada e a resistência da infecção de plantas por fungos patógenos

As doenças induzidas por patógenos fúngicos são uma das principais limitações na produção de culturas qualitativa e quantitativa, sendo uma alternativa a isso a aplicação de silício, que aumenta a barreira física à medida que se deposita na superfície do tecido vegetal (BAKHAT et al., 2018).

Alguns exemplos de doenças que encontram resistência do hospedeiro com a suplementação de silício são Mancha marrom (Bipolaris oryzae), Mancha foliar (Cercospora), Oídio (Sphaerotheca juliginea), Antracnose e Ferrugem, entre outras (BAKHAT et al., 2018).

A deposição de Si na parede das células, dificulta o desenvolvimento de fungos, reduzindo a severidade de algumas doenças e, possivelmente, diminuindo o uso de agrotóxicos (IPNI Canadá, 2016). Várias culturas estão sendo estudadas, entre elas algodão, feijão, soja, hortaliças e gramíneas (arroz, cana-de-açúcar e trigo) (IPNI Canadá, 2016).

O efeito do silício no controle de doenças de plantas, seu modo de ação e sua função em vários patossistemas ainda não estão totalmente esclarecidos (POZZA et al., 2015). Existe a hipótese de uma possível formação de barreira física, que se baseia na forma de acúmulo de Si nas plantas, principalmente na parede celular (POZZA et al., 2015) e até na epiderme (RAMOS et al., 2013).

 Segundo Lima Filho (2010), barreiras mecânicas incluem mudanças na anatomia, como células epidérmicas mais grossas e um grau maior de lignificação e/ou silicificação (acúmulo de silício). A sílica amorfa ou “opala” localizada na parede celular tem efeito marcante sobre as propriedades físicas desta, sendo que ao acumular-se nas células da camada epidérmica o silício pode ser uma barreira física estável na penetração de alguns tipos de fungos, principalmente em gramíneas (LIMA FILHO, 2010). Neste aspecto, o papel do silício incorporado à parede celular é semelhante ao da lignina, que é um componente estrutural resistente à compressão (LIMA FILHO, 2010).

Além da barreira física, devido à acumulação na epiderme das folhas, o silício ativa genes envolvidos na produção de compostos secundários do metabolismo, como os polifenóis, e enzimas relacionadas com os mecanismos de defesa das plantas (LIMA FILHO, 2010).  Deste modo, o aumento de silício nos tecidos vegetais faz com que a resistência da planta ao ataque do fungo patogênico aumente, devido à produção suplementar de toxinas que podem agir como substâncias inibidoras do patógeno (LIMA FILHO, 2010).

Nos estudos de Guazina et al. (2019), a aplicação de silicato de alumínio foi capaz de reduzir a severidade da ferrugem asiática (Phakopsora pachyrhizi) da soja, apesar de ser essencial o tratamento com fungicida. Em relação a ferrugem asiática, o silício reduziu a taxa de progresso da doença, independente do número de aplicações, sendo a melhor eficiência obtida com cinco aplicações do produto (GUAZINA et al., 2019). Já na cultura do sorgo (Sorghum bicolor), segundo Lima et al. (2019) a aplicação de Si no solo reduziu as taxas de acomodação e severidade da antracnose (Colletotrichum sublineolum).

Auxiliando a contornar doenças causadas por muitos patógenos, o silício pode ainda trazer um outro benefício em relação à microrganismos, dessa vez benéfico tanto a planta quanto ao microrganismo: o favorecimento na nodulação de Bradyrhizobium em soja, promotora da Fixação Biológica de Nitrogênio. Segundo pesquisas de Steiner et al. (2018), o Si pode induzir a formação de nódulos radiculares em plantas de soja e levar a aumentos significativos na fixação biológica de nitrogênio e no crescimento das plantas. Para esses autores, os resultados destacam que o Si não está apenas envolvido na melhoria do crescimento das plantas, mas também pode ser considerado um elemento crucial para melhorar o desempenho simbiótico das plantas de soja. No entanto, a base fisiológica de como e onde o silicato exerce sua influência sobre a nodulação e a fixação biológica de nitrogênio ainda permanece desconhecida (STEINER et al., 2018).

3. Benefícios da dubação silicada às plantas em déficit hídrico

A disponibilidade da água no solo é um dos fatores ambientais que mais afetam o desenvolvimento das culturas no geral. Segundo Filgueiras (2007), a presença de maior quantidade de silício disponível no solo parece trazer benefícios à cultura em relação ao déficit hídrico. O acúmulo de sílica na parede celular reduz a perda de água por transpiração, podendo ser um fator de adaptação ao estresse hídrico (FILGUEIRAS, 2007).

Diante disso, o uso de silício (Si) na agricultura vem ganhando destaque no combate a diversos fatores abióticos, dentre eles a deficiência hídrica (SOUZA et al., 2014).  Assim, segundo estudos realizados por Souza et al. (2014), a deficiência hídrica promoveu alterações no conteúdo relativo de água e em todos os processos bioquímicos avaliados, tais como a atividade da redutase do nitrato e concentrações de proteínas, aminoácidos, amônio livre e nitrato. No entanto, quando as plantas sofreram adubação silicada, apresentaram resultados satisfatórios em amenizar os efeitos negativos da deficiência hídrica sobre as plantas de milho, principalmente nas doses de 0,5 e 1,0 mm Si (SOUZA et al., 2014).

Sob condições de estresse hídrico na cultura do arroz, a fertilização com silício reduz o conteúdo de prolina das plantas de arroz de terras altas nas fases vegetativa e reprodutiva e aumenta a atividade da peroxidase na fase reprodutiva, o que pode ser indicativo de tolerância ao estresse (MAUAD et al., 2016).  A prolina é uma aminoácido que, quando acumulado nas plantas está mais relacionado com a quantidade de água disponível no solo do que com a presença de íons tóxicos, ou seja, pode ser um indicador de estresse hídrico na planta (CARLIN; SANTOS, 2009).

Segundo Zanetti et al. (2016), o uso de SiO₂ aumentou a estabilidade das membranas celulares e a eficiência fotoquímica das plantas de cacau com déficit hídrico. Além disso, a concentração de 1,5 mg/mL de SiO₂ aumentou da taxa fotossintética, eficiência no uso da água e eficiência na carboxilação, além de mitigar o efeito do estresse oxidativo (ZANETTI et al., 2016).

Além disso, a densidade estomática foi reduzida em plantas não irrigadas sob a maior concentração de Si (ZANETTI et al., 2016). A concentração de 1,5 mg/mL de Si é considerada ótima para o metabolismo fotossintético de plantas jovens de cacau sob limitação da água no solo (ZANETTI et al., 2016).

4. Benefícios da adubação silicada em solos com concentração de metais pesados

Na era atual, a poluição por metais pesados está aumentando rapidamente, o que apresenta muitos problemas ambientais (ANDRESS et al., 2015). Segundo os mesmos autores, esses metais pesados são acumulados principalmente no solo e são transferidos para a cadeia alimentar por meio de plantas cultivadas nesses solos.

Além disso, quando é aplicado Si, aumenta seu teor no solo e plantas, diminuindo o teor de Al na parte aérea de distintas cultivares, contudo, apesar dessa interação, não há incremento na absorção de nenhum macro ou micronutriente; também não alterando a disponibilidade de nutrientes, pH e Al do solo - tal interação passaria a ocorrer somente após a absorção pelas cultivares (FREITAS, 2015).

Já Adress et al. (2015), mencionam que o silício possivelmente pode reduzir a absorção de metais pesados, além da estimulação de quelação e sistemas antioxidantes em plantas, complexação e co-precipitação de metais tóxicos com Si, compartimentações e alterações estruturais em plantas, além de regulação da expressão de metaltrasportgenes. Contudo, segundo os autores, a generalização deve ser feita com cautela, já que esses mecanismos podem ser tendenciados de acordo com a espécie, genótipos, elementos metálicos, condições de crescimento entre outros, sendo necessária a avaliação em mais espécies e em diferentes condições ambientais.

Também, em estudos realizados por Castellanos et al. (2016), o silício pode conferir tolerância das plantas de trigo ao sal convertendo-se em alternativa de gestão contra esse estresse salino, sendo o estudo realizado com cloreto de sódio (NaCl), conhecido por sal de cozinha, nas doses 0, 8 e 16 mM, e a fonte de silício sendo cinza de casca de arroz.