Este artigo sumaria resultados de pesquisas conduzidas no Centro Internacional para Agricultura Tropical (CIAT), sobre as respostas da mandioca a períodos prolongados de déficit hídrico, no campo, centrando-se em trocas gasosas, relações hídricas e em ensaios bioquímicos. O objetivo da pesquisa foi coordenar aspectos básicos e aplicados da fisiologia da produção para uma estratégia de melhoramento utilizando-se de uma abordagem multidisciplinar. Várias características e mecanismos associados com a tolerância da mandioca à seca foram elucidados, usando-se de um grande número de genótipos da coleção do germoplasma do CIAT; os genótipos foram cultivados em várias localidades representantes de ecozonas onde a mandioca é cultivada. Dentre essas características, destacam-se a elevada capacidade fotossintética das folhas da mandioca em ambientes favoráveis e a manutenção de taxas fotossintéticas razoáveis durante períodos prolongados de seca, uma característica crucial para altas e sustentadas produtividades. A mandioca apresenta um controle estomático eficiente sobre as trocas gasosas, a fim de reduzir as perdas de água quando as plantas são sujeitas ao déficit de água no solo ou a altas demandas evaporativas da atmosfera, portanto protegendo as folhas de uma desidratação severa. Durante déficits hídricos prolongados, a mandioca reduz a área de sua copa, via perda das folhas mais velhas e formação de novas e menores folhas, o quê reduz a interceptação da luz, outra característica de adaptação à seca. Apesar de a produção de raízes ser deduzida (porém muito menos que a redução do crescimento da parte aérea) sob seca, a cultura pode recuperar-se quando a água se torna disponível, via a rápida formação de novas folhas, com taxas fotossintéticas muito maiores que as de plantas não-estressadas, de modo a compensar pelas perdas de produção; com efeito, a produção aproxima-se da produção de cultivos bem irrigados. A mandioca pode extrair, lentamente, água das camadas profundas do solo, uma característica de grande importância em ambientes semio-áridos sazonalmente secos. A varredura de um grande número de acessos nesses ambientes mostrou que a produção é significativamente correlacionada com as taxas fotossintéticas da parte superior da copa, e essa associação foi atribuída principalmente a fatores não-estomáticos (anatômicos/bioquímicos). Materiais parentais tanto com altos rendimentos e elevadas taxas fotossintéticas foram identificados para incorporação em programas de seleção e de melhoramento de cultivares adaptadas a secas prolongadas associadas com altas temperaturas e ar seco, condições que podem ser ainda mais exacerbadas pelas mudanças climáticas globais nas regiões tropicais.

The paper summarizes research conducted at International Center for Tropical Agriculture (CIAT) on responses of cassava to extended water shortages in the field aided by modern gas-exchange and water-relation techniques as well as biochemical assays. The aim of the research was to coordinate basic and applied aspects of crop physiology into a breeding strategy with a multidisciplinary approach. Several physiological characteristics/traits and mechanisms underpinning tolerance of cassava to drought were elucidated using a large number of genotypes from the CIAT core germplasm collection grown in various locations representing ecozones where cassava is cultivated. Most notable among these characteristics are the high photosynthetic capacity of cassava leaves in favorable environments and the maintenance of reasonable rates throughout prolonged water deficits, a crucial characteristic for high and sustainable productivity. Cassava possess a tight stomatal control over leaf gas exchange that reduces water losses when plants are subjected to soil water deficits as well as to high atmospheric evaporative demands, thus protecting leaves from severe dehydration. During prolonged water deficits, cassava reduces its canopy by shedding older leaves and forming smaller new leaves leading to less light interception, another adaptive trait to drought. Though root yield is reduced (but much less than the reduction in top growth) under water stress, the crop can recover when water becomes available by rapidly forming new canopy leaves with much higher photosynthetic rates compared to unstressed crops, thus compensating for yield losses with final yields approaching those in well-watered crops. Cassava can extract slowly water from deep soils, a characteristic of paramount importance in seasonally dry and semiarid environments where deeply stored water needs to be tapped. Screening large accessions under seasonally dry and semiarid environments showed that yield is significantly correlated with upper canopy leaf photosynthetic rates, and the association was attributed mainly to nonstomatal (anatomical/biochemical) factors. Parental materials with both high yields and photosynthetic rates were identified for incorporation into breeding and selection programs for cultivars adapted to prolonged drought coupled with high temperatures and dry air, conditions that might be further aggravated by global climate changes in tropical regions.

A pesquisa e o desenvolvimento agrícola têm função essencial no desenvolvimento econômico das nações, provendo segurança alimentar para uma população em constante crescimento demográfico. Em países desenvolvidos, as lacunas entre a produção potencial e a produção real são sobremodo estreitas, devido a uma combinação de tecnologias avançadas, novas variedades altamente produtivas e aplicação de agroquímicos em sistemas de produção altamente mecanizados. Na maioria daqueles países, a produção agrícola supera a demanda nacional, resultando em excedentes para a exportação. Em muitos países em desenvolvimento, entretanto, a produtividade agrícola está ainda muito abaixo de seu potencial devido a limitações técnicas e sócio-econômicas. Déficit alimentar é a norma em países pobres e subdesenvolvidos, os quais requerem vultosas importações de alimentos. Para aliviar parcialmente essa situação, pesquisas de cunho agrícola devem ser reforçadas. Como ramos das ciências básicas, a fisiologia vegetal e a fisiologia da produção têm sido freqüentemente criticadas por não traduzirem seus resultados de pesquisa em melhoria da produtividade. Este artigo é focado nesse tema, apresentando uma avaliação das realizações pretéritas da pesquisa fisiológica e de seus impactos sobre o melhoramento das culturas e sobre a produção de alimentos. Discutem-se deficiências e limitações de pesquisas isoladas e de pouca relevância, juntamente com opiniões do cientista sobre como pesquisas efetivas na área da fisiologia devem ser conduzidas e integradas dentro de equipes de pesquisa multidisciplinares associadas ao melhoramento vegetal. Exemplos de pesquisas de sucesso na fisiologia da produção e suas contribuições para aumentar a produtividade agrícola são apresentados. Todos esses aspectos apontam para a necessidade de pronto financiamento da pesquisa básica por setores públicos e privados de países desenvolvidos.

Agricultural research and development plays an essential role in a nation's economic development, providing for food security for an ever-increasing population. In developed countries, the gap between potential and actual yield is largely closed because of a combination of advanced technologies, high-yielding new varieties and the application of agrochemicals in highly mechanized production systems. In most of these countries, agricultural production exceeds national demand, resulting in excess products for export. In many of the developing countries, however, agricultural productivity is still far below what it should be because of multiple technical and socio-economic constraints. Food deficits are the norm in poor and middle-income countries, requiring expensive food imports. To partially alleviate this situation, agricultural research must be strengthened. As branches of basic sciences, plant and crop physiology have often been criticized for being non-effective in translating their findings into improving crop productivity, which would enhance agricultural progress. This paper addresses this issue by presenting an assessment of past achievements of physiological research and their impacts on crop improvement and food production. Shortcomings and limitations of isolated, non-relevant research are discussed, along with scientist views on how effective physiological research should be conducted and integrated within breeding-based multidisciplinary research teams. Examples of successful research in crop physiology and their contributions towards increasing crop productivity are given. All this points to the need for steadfast funding of basic research by public and private sectors of developed countries.