tolerÂncia do feijÃo caupi À salinidade do solo

TOLERÂNCIA DO FEIJÃO CAUPI À SALINIDADE DO SOLO

Joaquim Albenísio Gomes da Silveira

UNIVERSIDADE FEDERAL DO UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁCEARÁ

DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULARMOLECULAR

Laboratório de Metabolismo do Estresse de Laboratório de Metabolismo do Estresse de PlantasPlantas

VI RENAC, MAIO 2006

Solos salinos no mundo

•A salinidade é o principal processo de degradação do solo, ocasionando a perda de 1,5 milhões de hectares de terras aráveis por ano (FAO, 2000)

Solos sódicos no mundo

Irrigados: 260 Milhões de ha

Afetados: 80 Milhões de ha

http://www.fao.org/ag/AGL/agll/spush/topic2.htm

52% da região é semi-árida Solos sódicos (20-5%)

Ministério do Meio Ambiente (2003)

Solos salinosSalinização Pedogenética (Oliveira, 1997): Ligeiramente salinos: 2 – 4; Moderadamente salinos: 4 – 8; Fortemente salinos: 8 – 15; Extremamente salinos: >15 dS m-1

Salinização secundária (aumento progressivo nos níveis de sais

em função de):

Salinidade da água de irrigação;

Evapo-transpiração elevada e baixa precipitação;

Má drenagem do solo;

Adubação

Fonte: Bray et al., 2000

UM POUCO DA TEORIA DO ESTRESSE......

AdaptaçãoAdaptação

TolerânciaTolerância

AS PLANTAS TENTAM SE AJUSTAR AO ESTRESSE DE DIFERENTES MANEIRAS........

•GenéticosGenéticos

•MolecularesMoleculares

•MorfológicosMorfológicos

•FisiológicosFisiológicos

AclimataçãoAclimatação

Mecanismos

ResistênciaResistência

Transientes (Metabólicas)

Permanentes (Genéticas)

(Fonte: Buchanan et al., 2000)

EXISTE UM PARADIGMA........

Zhu, 2002

Mecanismos de resposta aos estresses hídrico e salino

Mecanismos gerais da resistência ao estresse salino

1. Evitar os íons salinos externos → ↓absorção ↓crescimento

2. Evitar os íons salinos no citosol → ↑ compartimentalização vacuolar

3. Absorver íons e crescer → ↑resistência celular

4. Manter homoestase iônica, osmótica e metabólica

5. Manter estado hídrico favorável → ↑ condutividade hidráulica ↑ resistência estomática ↑ sistema radicular

Absorção de K+ e Na+

Apse, 2000

AKT1-Baixa-afinidade K+

HKT1-Alta-afinidade K+ VIC-Insensível a voltagem

NORK-Sensível a voltagem

Membrana Plasmática

SOS1

Compartimentalização de Na+ em vacúolos

Maathuis, 1999

Tonoplasto

NHX1

NHX1 – promove a compartimentalização do Na+ no vacúolo

Homoestase iônica

Serrano, 2001

Durante o estresse salino

- Redução na absorção de K+

- Aumento no influxo de Na+

Influxo e compartimentalização de Na+

Na+

H+

Maathuis, 1999

Fonte; Zhu 2003.

Mecanismos da Percepção, transdução e eliminação do Na+

RESULTADOS COM FEIJÃO - CAUPI I – EM QUAL FASE DO DESENVOLVIMENTO O

FEIJÃO É MAIS SENSÍVEL À SALINIDADE?

II – QUAL É O TIPO DE RESPOSTA AO NaCl?

III – QUAIS OS EFEITOS DO NaCl SOBRE PROCESSOS FISIOLÓGICOS CHAVES PARA O CRESCIMENTO?

IV – QUAIS AS ESTRATÉGIAS PARA SELECIONAR MATERIAIS RESISTENTES?

ESTUDOS NAS FASES DE GERMINAÇÃO E ESTABELECIMENTO DA PLÂNTULA

0 mM

25 mM

50 mM

75 mM

100 mM

Per Pit

Te m p o 0

48 horas

36 horas

Seleção de cultivares em substrato sólido

Perola

Pitiúba

Resposta a 100 mM

Desenvolvimento inicial

Resposta a 100 mM aplicado em vermiculita na fase de semeio

Resposta a doses de NaCl aplicadas após o estabelecimento da plântula

Após pré-tratamento com NaCl

controle

Pré-tratadas com naCl 100 mM 48h

2cm

NaCl+ H2O2cm

NaCl+ H2O2cm2cm

NaCl+ H2O

2cm

NaCl+seca2cm

NaCl+seca2cm2cm

NaCl+seca

2cmcontrole

2cmcontrole

2cm2cmcontrole

2cmseca

2cmseca

2cm2cmseca

EFEITOS ADITIVOS E INTERATIVOS DE TRATAMENTOS DE SECA E NaCl NA RESPOSTA ANTIOXIDATIVA DE RAÍZES DE FEIJÃO-DE-CORDA [Vigna unguiculata L. (Walp.)]

Após tratamento com seca moderada (48h)e recuperação

Efeito do NaCl na germinação e acumulação de Na+

% GERM

0

20

40

60

80

100

120

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

%

pitiuba

peróla

IVG

0

2

4

6

8

10

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

IVG

Na+ (4 DAS) - Eixo

0

10

20

30

40

50

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

mM

Na+ (4 DAS) - Cot

0

30

60

90

120

150

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

mM

Mobilização de reservas para o estabelecimento da plântula e partição de Na+

Estalecimento (8 DAS) - PA

0

20

40

60

80

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

pitiuba

peróla

Estabelecimento (8 DAS) - R

0

10

20

30

40

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

pitiuba

peróla

Na+ (8 DAS) - Folha

0

10

20

30

40

50

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

mM

pitiuba

peróla

Na+ (8 DAS) - Raiz

0

30

60

90

120

150

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

mM

pitiuba

peróla

Efeito do NaCl na fase de crescimento acelerado

Fase de estabelecimento definitivo da planta

Plantas expostas a 0, 100 e 200 mM de NaCl durante 7 dias em condições controladas

Plantas expostas ao NaCl durante 14 dias

Sistema radicular após 7 dias

Folhas com a mesma idade cronológica

As cultivares pérola (A) e pitiúba (B) em condições de campo

As duas cultivares após 14 dias de tratamento

P érolaControle

P érolaN aCl 100mM

P itiúbaN aCl 100mM

P itiúbaControle

A

200 mMrecup. cont

Efeito de NaCl 100 mM no crescimento

PITIUBA

y = 6.02x + 5.12R2 = 0.9681 (C)

y = 2.15x + 10.13R2 = 0.9593 (NaCl)

0

10

20

30

40

0 2 4 6 8

gM

S/p

lanta

PERÓLA

y = 5.66x + 6.02R2 = 0.9634 (C)

y = 1.76x + 11.46R2 = 0.9299 (NaCl)

0

10

20

30

40

0 2 4 6 8

gM

S/p

lanta

y = 4.769x + 1.715R2 = 0.962 (C)

y = 2.064x + 5.776R2 = 0.9866 (NaCl)

0

6

12

18

24

30

0 2 4 6 8

DIAS DE TRATAMENTO

g/p

lanta

y = 3.875x + 2.565R2 = 0.9745 (C)

y = 0.74x + 6.78R2 = 0.9779 (NaCl)

0

6

12

18

24

30

0 2 4 6 8

DIAS DE TRATAMENTO

g/p

lanta

Partição de Na+

Na+ FOLHA - PIT

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8

DAT

mm

ol/k

g M

S

controle

100 mM

Polinômio(controle)Linear (100mM)

Na+ FOLHA - PER

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8

DAT

RAIZ - PIT

0

150

300

450

600

0 2 4 6 8

DAT

mm

ol/kg M

S

RAIZ - PER

0

150

300

450

600

0 2 4 6 8

DAT

Partição de Cl-

FOLHA - PIT

0

200

400

600

800

1000

0 2 4 6 8

DIAS DE TRATAMENTO

mm

ol/g M

S

FOLHA - PER

0

200

400

600

800

1000

0 2 4 6 8

DIAS DE TRATAMENTO

mm

ol/g

MS

controle

100 mM

Polinômio(controle)Polinômio(100 mM)

RAIZ - PIT

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8

DIAS DE TRATAMENTO

mm

ol /

gM

S

RAIZ - PER

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8

DIAS DE TRATAMENTO

mm

ol/g

MS

controle

100 mM

Polinômio(controle)Polinômio(100 mM)

Efeitos do NaCl sobre processos bioquímicos e fisiológicos chaves:

1. Fotossíntese

2. Relações hídricas

3. Assimilação do N

4. Fixação de N2

5. Estresse Oxidativo

6. Homoestase iônica (seletividade Na+/K+)

7. Expressão de proteínas (proteomas)

Sistema de hidroponia

Plantas em fase inicial de aclimatação

Plantas com 21 DAP com ou sem 50 mM

Plantas em processo de recuperação da taxa de crescimento (32 DAP)

Planta com intensa taxa de crescimento

Plantas em fase de pré-floração com intensa recuperação

Plantas tratadas com NaCl exibem verde intenso

Sistema radicular em recuperação

Sistema radicular em recuperação – 35 DAP

Parte aérea em recuperação após 32 dias de tratamento

Plantas para experimento com nodulação

Influência da dose de “arranque” de N mineral

Efeito de 50 mM de NaCl no desenvolvimento de caupi inoculada ou tratada com NO3

-

Cultivar Vita 3 – 15 DAS

Cultivar Vita 7 – 15 DAS

Efeito do NaCl em plantas inoculadas e tratadas com N mineral

Crescimento, fotossíntese e potencial hídrico

Crescimento - 21 DAT

0

6

12

18

24

30

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

g M

S p

lanta

-1

parte aérea

raiz

Crescimento - 21 DAT

0

20

40

60

80

100

7 14 21 28 35

DAS (dias)

g M

S p

lanta

-1

controle

50 mM

Condutância e Fotossíntese (7 DAT)

0

20

40

60

80

100

120

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

% d

o c

ontr

ole

gs

A

Estado Hídrico

-1

-0.75

-0.5

-0.25

0

0 25 50 75 100

NaCl (mM)

Ψ (M

PA

)

Ψw

Ψs

Eficiência fotoquímica, assimilação de nitrato e fixação de N2

Fluorescência da Clorofila

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8

DAT (dias)

% d

o c

ontr

ole

Fv/Fm

Fo

Conteúdo de Clorofilas

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8

DAT (dias)

% d

o c

ontr

ole

a

b

Assimilação de N

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8

DAT (dias)

% d

o c

ontr

ole

RN

abs NO3

Fixação de N2

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8

DAT (dias)

% d

o c

ontr

ole

RN

Fix N2

Resposta oxidativa induzida por NaCl

Estresse Oxidativo

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8

DAT (dias)

% d

o c

ontr

ole

raiz

folha

Peroxidases de fenol

0

60

120

180

240

300

0 2 4 6 8

DAT (dias)

% d

o c

ontr

ole

Catalase

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8

DAT (dias)

% d

o c

ontr

ole

Peroxidase de Ascorbato

0

30

60

90

120

150

0 2 4 6 8

DAT (dias)

% d

o c

ontr

ole

raiz

folha

Atividade de SOD e concentração de H2O2

ROOT - SOD

0

60

120

180

240

300

0 12 24 36 48

Hours

% o

f con

trol

drought

NaCl/drought

ROOT - H2O2

0

50

100

150

200

0 12 24 36 48

Hours%

of c

ontro

l

Atividades de POX e APX

ROOT - POX

0

50

100

150

200

250

300

0 12 24 36 48

Hours

% of

cont

rol

drought

NaCl/drought

ROOT - APX

0

50

100

150

200

250

0 12 24 36 48

Hours%

of c

ontro

l

CONCLUSÕES O feijão-caupi pode ser considerado como uma espécie resistente ao NaCl – como

base no critério de sobrevivência;

Para sobreviver, a espécie utiliza a estratégia de evitar o excesso de sal, restringindo a absorção, o fluxo de água e, consequentemente, o crescimento;

As plantas são capazes de tolerar altos níveis de NaCl, mantendo o estado hídrico

(altos potenciais) e o aparato fotossintético preservados;

As plantas não são capazes de fazer ajustamento osmótico, aparentemente regulando o estado hídrico por aumento da condutividade hidráulica das raízes e diminuição na condutância estomática;

O processos de absorção e assimilação do nitrato estão fortemente relacionados com o crescimento;

A fixação de N2 é menos afetada pelo NaCl do que o processo de fotossíntese;

A resposta oxidativa induzida por NaCl sugere que os danos oxidativos não são importantes per si na redução do crescimento;

O feijão é mais sensível ao NaCl na fase de estabelecimento definitivo da planta – formação do índice de área foliar para a fotossíntese.

Equipe Labplant

• Prof. Dr. Joaquim Albenísio Gomes da Silveira – Bolsista de produtividade do CNPq (silveira@ufc.br)

• Iza Marineves Almeida da Rocha (DCR - CNPq)• Fábio Rossi Cavalcanti (DCR – CNPq/Funcap)• Eduardo Luiz Voigt (Doutorando - CNPq)• Luiz Aguiar Ferreira Gomes (Doutorando)• Theresa Christine Filgueiras Russo (Doutoranda - Funcap)• João Paulo Matos Santos Lima (Doutorando - CNPq)• Sérgio L. Ferreira da Silva (Doutorando - CAPES)• Josemir Moura Maia (Doutorando - CNPq)• João Batista S. Freitas (Doutorando) • Jean Carlos Araújo Brilhante (Mestrando - CNPq)• Sandro A. Marinho Araújo (Mestrando - Funcap)• Flávia Carinne Furtado (I.C - CNPq)• Antonio Rafael Coelho Jorge (I.C - CNPq)• Francisco Abel Lemos Alves (I.C - CNPq)• Geórgia Barguil Colares (I.C - voluntária)

www.labplant.ufc.br