DIFERENÇAS NA PRODUÇÃO DA FLUORESCÊNCIA DAS CLOROFILAS EM CULTIVARES DE ARROZ COM PRODUÇÃO CONTRASTANTE CULTIVARES DE ARROZ COM PRODUÇÃO CONTRASTANTE

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1 DIFERENÇAS NA PRODUÇÃO DA FLUORESCÊNCIA DAS CLOROFILAS EM CULTIVARES DE ARROZ COM PRODUÇÃO CONTRASTANTE Autor(es): Apresentador: Orientador: Revisor : Revisor 2: Instituição: CASSOL, Daniela; FALQUETO, Antelmo Ralph; MAGALHÃES JUNIOR, Ariano Martins; OLIVEIRA, Antônio Costa de; BACARIN, Marcos Antonio Daniela Cassol Marcos Antonio Bacarin Diolina Moura Silva José Antônio Peters Universidade federal de Pelotas DIFERENÇAS NA PRODUÇÃO DA FLUORESCÊNCIA DAS CLOROFILAS EM CULTIVARES DE ARROZ COM PRODUÇÃO CONTRASTANTE CASSOL, Daniela ; FALQUETO, Antelmo Ralph ; MAGALHÃES JUNIOR, Ariano Martins 2 ; OLIVEIRA, Antônio Costa de 3 ; BACARIN, Marcos Antonio. Departamento de Botânica, Instituto de Biologia, Universidade Federal de Pelotas, Campus Universitário Caixa Postal 354 CEP danicassol@gmail.com 2 Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, Embrapa Clima Temperado, Pelotas-RS. 3 Departamento de Fitotecnia, Escola de Agronomia Eliseu Maciel, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas/RS INTRODUÇÃO Nas últimas décadas, diferenças na eficiência de absorção da luz entre cultivares de arroz, medidas através da produção da fluorescência das clorofilas pelo fotossistema II (FSII), bem como sua relação com o potencial de produção de grãos tem sido objeto de pesquisa (Jiang & Xu, 2000; Jiang et al., 2002). Foi mostrado que a alta produção em arroz híbrido esteve associada com a maior eficiência fotoquímica do FSII (F v /F m ) (Jiang et al., 2002). Porém, este estudo relacionou características fotossintéticas de arroz híbrido cultivado na região subtropical da China. Em outros casos, os resultados referem-se às características fotossintéticas diretamente relacionadas à assimilação do carbono, como condutância estomática, taxa de assimilação líquida do CO 2 e taxa de transpiração, sem fazerem referências à eficiência de captura da energia luminosa durante o desenvolvimento das plantas. Neste sentido, muitas informações poderiam ser úteis para esclarecer os contrastes no potencial de produção de grãos e para determinar as características fotossintéticas que contribuem para o aumento da produtividade em plantas.

2 Neste estudo, hipotetiza-se que cultivares de arroz diferindo no potencial de produção mostram diferenças na capacidade de absorção da energia luminosa. Assim, este estudo avalia características da fluorescência das clorofilas em duas cultivares de arroz com potencial de produção conhecido (alto e baixo), visando uma relação entre produtividade e fluorescência das clorofilas durante o desenvolvimento das plantas. 2. MATERIAL E MÉTODOS Sementes de arroz das cultivares BRS Pelota e BRS Firmeza, fornecidas pela Embrapa Clima Temperado, Pelotas/RS, foram semeadas em vasos plásticos com capacidade para 2 litros contendo solo com níveis de nutrientes suficientes para a manutenção do seu crescimento e desenvolvimento. Dez sementes foram semeadas por vaso. Após a emergência, as plântulas foram desbastadas, permanecendo cinco plantas/vaso. O experimento foi conduzido em casa de vegetação e a análise da eficiência máxima do fotossistema II foi realizada 70, 85, 00 e 5 dias após a semeadura (DAS), períodos correspondentes à fase vegetativa, de florescimento, início do enchimento dos grãos (grãos em estado leitoso) e final do enchimento de grãos (ponto de colheita), respectivamente. Com relação à fluorescência das clorofilas em estado adaptado à luz (F v /F m, ΦPSII, q P e ETR), as análises foram feitas durante os estádios vegetativo e reprodutivo (início e final de enchimento dos grãos). Os parâmetros da fluorescência da clorofila foram medidos usando um fluorômetro modulado (FMS-2, Hansatech, King s Lyonn, UK). Para a determinação da fluorescência rápida, amostras foliares foram adaptadas ao escuro durante 20 minutos, quando, então, receberam um fluxo de radiação saturante fotossinteticamente ativa igual a 0,2 µmol m -2 s - para a determinação da fluorescência inicial (F 0 ). A fluorescência máxima (F m ) foi determinada durante um pulso de fótons saturante de 4000 µmol m -2 s -. Estes parâmetros básicos da fluorescência da clorofila foram usados para o cálculo da fluorescência variável (F v ) através da equação F v = F m F 0. Dessa forma, a eficiência fotoquímica do fotossistema II (F v /F m ) pôde ser expressa. O quenching fotoquímico (q P ) foi calculado como q P = (F m - F s )/(F m F 0 ). ΦPSII, indicador da produção quântica fotoquímica do fotossistema II, foi expresso como (F m F s )/F m. A determinação dos teores de pigmentos fotossintéticos foi feita espectrofotometricamente com extração em acetona 80%. A concentração da clorofila total foi estimada utilizando-se as equações deduzidas por Hendry & Grime (993) e expressas em mg. g MF -. Os resultados foram avaliados de acordo com um delineamento experimental inteiramente casualizado em esquema fatorial, em cinco repetições, representando duas cultivares (BRS Pelota e BRS Firmeza) e os estádios de desenvolvimento das plantas. Os dados foram submetidos a uma análise de variância e, quando os valores de F foram significativos, comparações de médias foram realizadas, usandose o teste Tukey, em nível de 5% de probabilidade. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO O conteúdo de clorofila foi maior em BRS Pelota (cultivar de maior potencial de produção) aos 85 dias após a semeadura, período correspondente ao

3 florescimento das plantas (Figura A). Porém, seus valores foram completamente revertidos quando as plantas iniciaram o período reprodutivo, aos 00 dias após a semeadura (enchimento de grãos). Neste estádio, o conteúdo de clorofila reduziu-se significativamente em BRS Pelota sem alguma alteração em BRS Firmeza. Nesta cultivar, a queda nos teores de clorofila ocorreu principalmente no estádio final de enchimento dos grãos (Figura A). O alto teor de clorofila observado em BRS Pelota durante o florescimento poderia estar relacionado ao fornecimento de fotoassimilados para o posterior enchimento dos grãos. Da mesma forma, a redução no conteúdo de clorofila em BRS Pelota imediatamente após o início do desenvolvimento dos grãos poderia estar relacionada à maior eficiência da partição de fotoassimilados dos órgãos fonte (folhas) em direção aos órgãos dreno (grãos), provocando uma deficiência de substrato no processo biossíntese da clorofila. Um pequeno aumento nos teores de clorofila em BRS Firmeza durante o florescimento foi observado e foi consistente com o aumento da eficiência fotoquímica máxima do FSII (F v /F m e F v /F o ) (Figura B e C). Os valores elevados de F v /F m em BRS Firmeza no final do enchimento de grãos (5 dias) são consistentes com os valores de F s /F 0 (Figura D). Esta relação pode ser usada como bom indicador da capacidade fotossintética nas plantas (Flexas et al., 2002). Estudos mostraram que a relação F s /F 0 foi positivamente correlacionada com a assimilação de CO 2, com a taxa de transporte de elétrons e com a condutância estomática em espécies C 3, tal qual o arroz. Neste estudo, a capacidade bioquímica de assimilação do CO 2 aumentou durante a senescência em ambas as cultivares, mostrando que uma proporção relativamente maior de fótons foi capturada pelas clorofilas e utilizada para a fixação do CO 2 (Adams et al., 990; Tang et al., 2005). As características da fluorescência das clorofilas em estado adaptado à luz também foram examinadas neste experimento e um decréscimo gradual em F v /F m, ΦPSII, q P e ETR foi observado em ambas as cultivares no estádio inicial de enchimento dos grãos (Figura 2). Além disso, os resultados mostram que BRS Pelota, cultivar com maior rendimento na produção, teve um maior decréscimo em F v /F m e ΦPSII no estádio final de enchimento dos grãos, quando comparada à BRS Firmeza (Figura 2A e B). Estes resultados, quando relacionados aos de F v /F m permitem inferir que a cultivar BRS Pelota apresenta menor eficiência das reações luminosas. Por fim, o aumento de ETR foi significativo durante o início do enchimento dos grãos em ambas as cultivares, sem alguma diferença na taxa de transporte de elétrons no FSII entre as cultivares (Figura 2D). 4. CONCLUSÕES O decréscimo nos teores de clorofila em ambas as cultivares teve pouco efeito sobre a eficiência fotoquímica máxima do FSII, a qual mostrou-se positivamente correlacionada aos valores de F s /F o em BRS Firmeza, indicativo de maior eficiência de assimilação do CO 2. A acentuada redução de F v /F m e ΦPSII em BRS Pelota durante o estádio final de enchimento dos grãos parece ser característica fisiológica intrínseca que diferencia cultivares de arroz com produção contrastante. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ADAMS, W.W., WINTER, K., SCHREIBER, U., SCHRAMEL, P. Photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics in relationship to changes in pigments and

4 element composition of leaves of Platanus accidentalis L. during autumnal leaf senescence. Plant Physiol, 990, 93, FLEXAS, J.; ESCALONA, J.M.; EVAIN, S.; GULÍAS, J.; MOYA, I.; OSMOND, C.B.; MEDRANO, H. Steady-state chlorophyll fluorescence (Fs) measurements as a tool to follow variations of net CO 2 assimilation and stomatal conductance during waterstress in C 3 plants. Physiologia Plantarum, 2002, 4: HENDRY, G., GRIME, J. Methods in comparative plant. A laboratory manual. Chapman & Hall, London, 993, p.252. JIANG, H., XU, D-Q. Physiological basis of the difference in net photosynthetic rate of leaves between two maize strains. Photosynthetica, 2000, 38 (2), JIANG, H., WANG, X.H., DENG, Q.Y., YUAN, L.P., XU, D. Q. Comparison of some photosynthetic characters between two hybrid rice combinations differing in yield potential. Photosynthetica, 2002, v.40, n., p TANG, Y., WEN, X., LU, C. Differential changes in degradation of chlorophyll-protein complexes of photosystem I and photosystem II during flag leaf senescence of rice. Plant Physiology and Biochemistry, 2005, 43, Clorofila (µmol gmf - ) 3,5 3 2,5 2,5 0 BRS Firmeza BRS Pelota A Fv/Fm (Unidade relativa) B 6 C 2,5 D Fv/Fo (Unidade relativa) 5,5 5 4,5 4 3,5 Fs/Fo (Unidade relativa) 2,5 3 0 Dias após a semadura Figura. Teores de clorofila total (A), eficiência fotoquímica máxima do fotossistema II (F v /F m - B), razão F v /F 0 (C), razão F s /F 0 (D), em plantas de arroz cv. BRS Pelota e BRS Firmeza aos 70 (estádio vegetativo), 85 (estádio de florescimento), 00 (início de enchimento dos grãos) e 5 (final de enchimento dos grãos) dias após a semeadura.

5 Fv'/Fm' (Unidade relativa) 0,3 BRS Firmeza BRS Pelota A EPSII (Unidade relativa) 0,6 0,4 0,3 B C 00 D qp (Unidade relativa) ETR (µmol m -2 s - ) Figura 2. Eficiência fotoquímica atual do fotossistema II (F v /F m A), eficiência quântica fotoquímica (ΦPSII - B), coeficiente de extinção fotoquímica (q P - C), taxa de transporte de elétrons do fotossistema II (ETR - D), em plantas de arroz cv. BRS Pelota e BRS Firmeza aos 70 (estádio vegetativo), 85 (estádio de florescimento), 00 (início de enchimento dos grãos) e 5 (final de enchimento dos grãos) dias após a semeadura.