TOLERÂNCIA AO ESTRESSE HÍDRICO EM Eucalyptus Rinaldo Cesar de Paula UNESP-Jaboticabal
1. PRELIMINARES 2
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Estresse qualquer fator que proporciona uma redução na taxa de crescimento, desviando este do máximo. Exerce uma influencia desvantajosa sobre a planta. Pode ser causado por escassez ou excesso de algum fator de crescimento. Estresse hídrico é a principal causa de redução na produtividade agrícola e florestal. Geralmente, está associado à baixa disponilidade de água às plantas, o.s., DÉFICIT HÍDRICO 7
Tolerância à seca refere-se à aptidão da planta para enfrentar um ambiente desfavorável complexa envolve mecanismos isolados e, ou em conjunto para evitar ou tolerar períodos de deficiência hídrica tem uma base molecular/genética. Uma resposta fisiológica específica ao déficit hídrico representa, na realidade, a combinação de eventos moleculares prévios que foram ativados pela percepção do sinal de estresse. 8
ACLIMATAÇÃO aumento da tolerância como consequência de exposição anterior ao estresse ADAPTAÇÃO se refere a um nível de resistência geneticamente determinado, adquirido por um processo de seleção durante muitas gerações 9
A perda de água pela célula altera o potencial de pressão (tensão física; turgor) e o potencial osmótico (concentração) dessas células. Isso provoca alterações na membrana celular e em vários de seus componentes assim como na concentração celular de metabólitos. Alterações na conformação da membrana celular provocam mudanças em canais de transporte ativados por pressão, modificam a conformação ou a justaposição de proteínas sensoriais críticas embebidas nas membranas celulares, e alteram a continuidade entre a parede celular e membrana celular. Estas modificações ativam complexos enzimáticos, que iniciam uma cascata de eventos moleculares que levam à indução da expressão de várias categorias de genes (Fonte: Nepomuceno et al., 2001) 10
Fonte: Chaves et al. (2003) 11
Fonte: Bray (1997) 12
Fonte: Shinozaki et al (2000) 13
Fonte: Shinozaki et al (2000) 14
Fonte: Bray (1993) 15
Respostas das plantas ao déficit hídrico Ajuste osmótico Proteínas Lea Proteínas de choque térmico Prolina e polióis (manitol, sorbitol, inositol, mio-inositol e pinitol e seus derivados). Aquaporinas ABA (a grande maioria dos genes induzidos pela DH e estudados até hoje são tambem induzidos pelo ABA) Açúcares (trehalose, sacarose), Ubiquitina 16
Mecanismos de resistência à seca 1. Retardo da desidratação - capacidade da planta manter os tecidos túrgidos. Pode-se ter plantas que economizam (consomem moderamente a água, conservando parte no solo para uso posterior) e plantas que despendem água (consomem irrestritamente, usando muitas vezes grandes quantidades de água). 2. Tolerância à desidratação capacidade de manter o funcionamento mesmo desidratada 3. Escape da seca planta completa o seu ciclo antes do início da seca. 17
A maioria dos mecanismos de tolerância à seca tendem a proporcionar menor potencial de produção, posto que os mecanismos que garantem sucesso de adapatação à seca estão relacionados mais ao aumento da sobrevivência do que de crescimento 18
Linhas de defesa à seca: 1) Redução na área foliar (AF) 2) Abscisão foliar 3) Maior crescimento (aprofundamento) radicular 4) Fechamento estomático 5) Ajuste osmótico 6) Aumento da resistência ao fluxo de água na fase líquida cavitação (rompimento da coluna liquida sob tensão no xilema) 7) Proteção da superfície foliar (deposição de cera) 19
Fechamento estomático ocorre em resposta à mudancas no potencial hídrico foliar (Ψf) e, ou mudanças no status hídrico do solo. Mudanças no conteúdo de água no solo causam o fechamento estomático, antes mesmo de haver qualquer mudança no conteúdo de água das folhas, devido a sinalização na comunicação raiz-parte aérea (ABA, redistribuição de ions inorgânicos e mudanças no ph na seiva do xilema Sob seca leve a moderada, a condutância estomática (gs) parece ser a principal causa de redução na fotossíntese (A). A forte relação entre gs e alguns parâmetros fotossintéticos levaram alguns autores a sugerirem o uso da gs como um parâmetro de referência para identificar níveis de tolerância ao estresse hidrico) 20
A gs pode ser útil em PMF pois tem uma relação importante com: a) perda de água por transpiração (E) e absorção de CO 2 ( e consequentemente crescimento) b) economia de água pelo fechamento estomático e aumento na tolerância ao estresse térmico c) está sob controle genético 21
Ajuste osmótico refere-se ao acúmulo de solutos (açúcares, ácidos orgânicos, aminoácidos, íons orgânicos: K, ) no vacúolo quando as plantas são expostas à baixa disponibilidade de água. Solutos compativeis são sintetizados para manter um equilíbrio no potencial hídrico na célula (prolina, alcóois de açucar, glicina betaína ). Não interferem na função das enzimas, são acumulados no citoplasma. Tem-se verificado redução na condutividade hidráulica na parte aérea de plantas crescendo sob baixa disponibilidade hídrica, provavelmente devido à redução no número ou no tamanho dos vasos do xilema. 22
Eficiência no uso da água EUA EUA -instantânea A/E = chamada de Eficiência da transpiração EUA -intrínseca A/gs Com o aumento da seca a redução proporcional em A é menor do que em gs, o que implica em aumento na EUA -intrínseca A tendência para a EUA -instantânea aumentar com o fechamento dos estômatos, significa que selecionar para melhorar a EUA pode frequentemente ser o mesmo que selecionar para diminuir a produtividade 23
Extraído de Pita et al. (2005) 24
As linhas de defesa relacionadas ao desenvolvimento de raízes mais profundas e redução na perda de água (controle estomático, redução no tamanho das folhas e queda de folhas) previnem a tensão produzida pelo deficit hídrico - Mecanismos de retardo na desidratação O ajuste osmótico, elasticidade celular, biossíntese de proteínas (p.e. dehidrina) redução da condutividade hidráulica e aumento da resistência à cavitação permitem suportar o estresse - Mecanismos de tolerância à desidratação. 25
Fonte: Merchant et al (2007) 26
EFEITOS DOS ESTRESSE HÍDRICO NAS PROPRIEDADES DA MADEIRA - Menor ângulo de microfibrilas da parede celular - Aumento da DBM (acúmulo de extrativos na parede celular vasos mais abundantes, porém de menor lúmen) - Redução no teor de celulose - Aumento no teor de lignina 27
ACLIMATAÇÃO À SECA - Depende da idade da planta e das condições que as mesmas foram submetidas (duração e intensidade do défici hídrico, dentre outros) - Mudanças nos aspectos morfológicos (formação de menor número de ramos; menor área foliar), fisiológicos (fotossíntese, condutância estomática, transpiração), bioquimicos (aumento de açúcares e prolina), menor mortalidade, diferenças na alocação de biomassa, dentre outros 28
ACLIMATAÇÃO À SECA - Muitas das características que explicam a adaptação de plantas a seca são aquelas determinantes do desenvolvimento e forma de plantas, tais como fenologia, o tamanho e a profundidade do sistema radicular, propriedades do xilema ou armazenamento de reservas. Estas carcaterísticas são mais constitutivas do que induzidas pelo estresse (Chaves et al, 2003) 29
Fonte: Taiz & Zeiger 30
Fonte: Taiz & Zeiger 31
ALGUNS RESULTADOS COM PLANTAS EM VASOS 32
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120 Método de Ward Quadrado da Distância Euclidiana 100 80 60 40 20 0 35 C_27 C_38 C_35 C_21 C_12 C_7 C_33 C_37 C_26 C_20 C_40 C_29 C_39 C_28 C_18 C_8 C_36 C_6 C_11 C_10 C_17 C_3 C_4 C_2 C_13 C_25 C_32 C_24 C_15 C_14 C_9 C_5 C_31 C_16 C_23 C_22 C_19 C_34 C_30 C_1 (Dlink/Dmax)*100 40 Clones de eucalipto x 2 regimes hídricos 34 características avaliadas
10 8 CP 2: 14.93% 6 4 2 0-2 -4 5 14 4 27 3 17 2 38 35 9 21 15 10 1 11 25 19 28 29 3933 26 32 12 18 8 13 30 40 36 22 6 24 34 7 37 23 31 16 20 1.0 EUA_INTt EUA_INSTt -6-8 0.5-10 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 8 10 CP 1: 26.77% CP 2 : 14.93% 0.0-0.5 IR ALTe IR ALTt IR MSCe IR MSCt IR MSPAt IR MSPAt IR MSFt IR-DCt IR AFt IR-DCe IR MSRt IR MSRe IR MSFe IR AFe FLUORt RWCt CLORe PHFt CLORt EUA_INTe FLUORe PHFe EUA_INSTe IR NFt IR NFe RWCeAt gse EeAe 40 Clones de eucalipto x 2 regimes hídricos 34 características avaliadas -1.0 gst Et 36-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 CP 1 : 26.77%
120 Método Ward - Testemunhas (Mar_08) Quadrado da Distância Euclidiana 100 80 Testemunha 60 40 Estressado 20 0 120 Método de Ward - Estressados (Mar_08) 100 80 60 40 20 0 C_40 C_29 C_22 C_33 C_21 C_35 C_27 C_26 C_20 C_38 C_34 C_17 C_18 C_37 C_39 C_8 C_12 C_11 C_10 C_7 C_36 C_28 C_6 C_25 C_23 C_31 C_16 C_19 C_13 C_5 C_24 C_32 C_15 C_14 C_9 C_30 C_3 C_4 C_2 C_1 (Dlink/Dmax)*100 C_13 C_24 C_15 C_32 C_25 C_14 C_9 C_5 C_27 C_21 C_38 C_29 C_35 C_28 C_11 C_17 C_10 C_3 C_4 C_2 C_36 C_22 C_40 C_33 C_39 C_18 C_8 C_19 C_7 C_37 C_26 C_20 C_6 C_34 C_30 C_23 C_31 C_16 C_12 C_1 40 Clones de eucalipto x 2 regimes hídricos 34 características avaliadas 37 (Dlink/Dmax)*100
8 Componentes Principais - Testemunhas (Mar_08) 6 16 CP 2: 23.81% 4 2 0-2 -4 5 14 9 25 13 31 32 23 34 24 22 30 1 7 12 19 37 20 15 36 1840 338 6 2 26 1710 28 39 11 29 4 38 35 21 3 27 Testemunha Estressado -6-8 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 6 8 8 10 CP 1: 28.72% 6 4 Componentes Principais - Estressados (Mar_08) 4 1 19 40 Clones de eucalipto x 2 regimes hídricos 34 características avaliadas CP 2: 18.90% 2 0-2 -4-6 27 35 20 21 2 17 33 22 30 2638 8 34 15 36 37 39 18 28 40 12 29 6 10 7 11 3 9 13 32 23 25 24-8 -8-6 -4-2 0 2 4 6 8 CP 1: 27.69% 31 16 14 5 38
Componentes Principais - Estressados (Mar_08) 1.0 Componentes Principais - Testemunhas (Mar_08) CP 2 : 18.90% 0.5 0.0 CLORe EUA_INTe FLUORe EUA_INSTe IR MSCe IR ALTe IR MSRe IR MSPAt IR -DCe IR MSFe IR AFe IR NFe 1.0 gstet -0.5 PHFe IR NFt RWCe gse Ae Ee CP 2 : 23.81% 0.5 0.0-0.5 IR MSPAt IR MSFt IR AFt IR-DCt IR MSRt IR MSCt IR ALTt RWCt FLUORt At PHFt CLORt -1.0-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 CP 1 : 27.69% Estressado EUA_INTt EUA_INSTt -1.0-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0 Testemunha 39 CP 1 : 28.72%
Comportamento de algumas características avaliadas em 40 clones de eucalipto submetidos a dois regimes hídricos NF (-19,9%) MSF (-31,6%) AF (-27,1%) PHf (-148%) RWC (-23%) Testemunha 80.6 a2 7.200 a2 999.9 a2-0.776 a2 91.18 a2 Estressado 64.6 a1 4.927 a1 729.4 a1-1.924 a1 70.21 a1 A (-54,5%) gs (-60,5%) E (-55,2%) EUA-intr (+12,5%) EUA-inst (+23,3%) Testemunha 10.93 a2 0.474 a2 6.91 a2 29.46 a1 1.876 a2 Estressado 4.93 a1 0.187 a1 3.10 a1 33.15 a2 1.438 a1 40
Estressado Testemunha 41
RECOMENDAÇÕES E CONCLUSÕES Grande variação genotípica com a idade, intensidade do déficit hídrico Herança quantitativa Existência de diferentes mecanismos de tolerância à seca, atuando isoladamente e, ou em conjunto 42
OBRIGADO! 43