ministÉrio da educaÇÃo universidade federal rural da...
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA
CAMPUS PARAGOMINAS
LUCÉLIA DE SOUSA PAULA
AÇÃO DOS BRASSINOSTERÓIDES SOBRE A FLUORESCÊNCIA DE
CLOROFILAS E TROCAS GASOSAS EM PLANTAS DE SOJA SOB DEFICIÊNCIA
DE FERRO
PARAGOMINAS
2018
LUCÉLIA DE SOUSA PAULA
AÇÃO DOS BRASSINOSTERÓIDES SOBRE A FLUORESCÊNCIA DE
CLOROFILAS E TROCAS GASOSAS EM PLANTAS DE SOJA SOB DEFICIÊNCIA
DE FERRO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
curso de Agronomia da Universidade Federal
Rural da Amazônia – Campus Paragominas como
requisito para obtenção do grau de Bacharel em
Agronomia.
Área de concentração: Fisiologia Vegetal
Orientador: Dr. Allan Klynger da Silva Lobato
PARAGOMINAS
2018
Paula, Lucélia de Sousa
Ação dos brassinosteróides sobre a fluorescência de
clorofilas e trocas gasosas em plantas de soja sob deficiência de
ferro / Lucélia de Sousa Paula – Paragominas, PA, 2018.
46 f.
Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em
Engenharia Agronômica) - Universidade Federal Rural da
Amazônia, 2018.
Orientador: Profº. Drº . Allan Klynger da Silva Lobato
1. Regulador de crescimento - 24-epibrassinolídio 2.
Fitohormônio 3. Transporte de elétrons I. Paula, Lucélia de
Sousa II. Lobato, Allan Klynger da Silva (orient.) III. Título.
CDD – 581.1
À Deus pela força e perseverança. À
minha mãe, avó e ao meu filho por me
incentivarem e acreditarem em meu
potencial. À meu orientador pela
realização conjunta deste trabalho.
Dedico.
AGRADECIMENTOS
À Deus pelo dom da vida, pelo seu amor infinito e principalmente por me conceder
sabedoria na elaboração deste trabalho de conclusão de curso.
Aos meus familiares e amigos por incentivarem e acreditarem na minha capacidade. Em
especial a minha mãe Rita Gonçalves de Sousa e a minha avó Elita Gonçalves de Lira, pela
educação e o apoio durante toda a minha trajetória de vida, ressaltando os momentos de
dificuldades que sempre me ajudaram e apoiaram. Ao meu filho Pedro Henrique Sousa de
Menezes que é o meu maior presente e a grande motivação para continuar nessa jornada.
À Universidade Federal Rural da Amazônia por me proporcionar estudos de qualidade
e permitir que seja adquirido novos ensinamentos e experiências, além da concessão de bolsa
de monitoria e auxílio estudantil.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo
auxílio financeiro com a bolsa de iniciação científica concedida.
Um agradecimento especial ao meu orientador Allan Klynger da Silva Lobato, pela
disposição em ajudar, por avivar meus conhecimentos de forma paciente e efetiva durante estes
cinco anos de graduação.
Aos meus companheiros do Núcleo de Pesquisa Vegetal Básica e Aplicada – NPVBA,
a turma de Agronomia-2013 e as minhas amigas de turma (Bianca do Carmo, Nathália Sousa e
Layla Pezzin) por todas as experiências compartilhadas.
Obrigada a todos que, mesmo não estando citados aqui, tanto contribuíram para a
conclusão deste trabalho. Meus sinceros agradecimentos.
O sucesso nasce do querer, da
determinação e persistência em se chegar
a um objetivo. Mesmo não atingindo o
alvo, quem busca e vence obstáculos, no
mínimo fará coisas admiráveis.
José de Alencar
RESUMO
A soja (Glycine max L.) é a leguminosa mais consumida e cultivada no cenário mundial. O
ferro (Fe) é um micronutriente essencial aos vegetais e sua deficiência ocasiona desordem
nutricional ao metabolismo da planta. Os brassinosteróides (BRs) são esteroides encontrados
naturalmente nas plantas em baixas concentrações e frequentemente avaliados na forma de 24-
epibrassinolídio (EBR). O objetivo dessa pesquisa foi determinar o papel dos brassinosteróides
sobre a fluorescência de clorofilas e trocas gasosas em plantas de soja submetidas a deficiência
de ferro. O experimento foi realizado e conduzido em uma estufa da Universidade Federal Rural
da Amazônia, Campus Paragominas. O delineamento utilizado foi inteiramente casualizado
com 4 tratamentos e 5 repetições, totalizando 20 unidades experimentais. Foram utilizadas duas
concentrações de Fe (2,5 μM e 250 μM) e duas condições de 24-epibrassinolídeo (0 nM EBR e
100 nM EBR). Os dados foram submetidos a uma análise de variância e as diferenças
significativas entre as médias foram determinadas pelo teste de Scott-Knott com um nível de
probabilidade de 5%. A concentração de ferro deficiente ocasionou danos aos parâmetros
fisiológicos avaliados em plantas de soja. A pulverização de EBR atenuou as interferências
negativas provocadas pela deficiência de Fe na fluorescência de clorofilas. O EBR
proporcionou melhoria nas trocas gasosas em plantas expostas a deficiência de Fe. A aplicação
dos BRs apresentou efeitos benéficos sobre a eficiência quântica efetiva do PSII e dissipação
fotoquímica, e consequentemente, promovendo incrementos no transporte de elétrons entre
PSII e PSI. Adicionalmente os BRs, contribuíram no aumento da atividade das proteínas
ferredoxina e complexo citocromo b6f na geração de ATP e NADPH, portanto, refletindo em
maior taxa fotossintética.
Palavras-chave: 24-epibrassinolídio, Glycine max, Ferro deficiente, transporte de elétrons.
ABSTRACT
Soybean (Glycine max L.) is the most consumed and cultivated legume on the world stage. Iron
(Fe) is an essential micronutrient to vegetables, and its deficiency causes nutritional disorder to
plant metabolism. Brassinosteroids (BRs) are steroids found naturally in plants at low
concentrations, and they are often evaluated as 24-epibrasinolide (EBR). The objective of this
research was to determine the role of brassinosteroids on chlorophyll fluorescence and gas
exchange in soybean plants submitted to iron deficiency. The experiment was conducted in a
greenhouse at the Federal Rural University of Amazonia, Paragominas Campus. The design
was completely randomized with 4 treatments and 5 replicates, totaling 20 experimental units.
Two concentrations of Fe (2.5 μM and 250 μM) and two 24-epibrasinolide conditions (0 nM
EBR and 100 nM EBR) were used. The data was submitted to an analysis of variance, and the
significant differences among the averages were determined by the Scott-Knott test with a
probability level of 5%. The deficient iron concentration caused damages to the physiological
parameters evaluated in soybean plants. The EBR spraying attenuated the negative
interferences caused by Fe deficiency in chlorophyll fluorescence, and it promoted
improvement in gas exchange in plants exposed to Fe deficiency. The application of the BRs
presented beneficial effects on the effective quantum efficiency of PSII and photochemical
dissipation, and consequently, it promoted increases in electron transport between PSII and PSI.
In addition, BRs stimulated higher activity of the ferredoxin and cytochrome b6f complexes in
the generation of ATP and NADPH, therefore, it caused a higher photosynthetic rate.
Key words: 24-epibrasinolide, Glycine max, deficient iron, electron transport.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Esquema simplificado dos processos de oxidação e precipitação do ferro no solo.
FeSiO3 – Ferrossilita; SiO2 – Óxido de silício; Fe2+ – Ferro ferroso; O2 – oxigênio; Fe3+ – Ferro
férrico; H2O – água; Fe-OOH – goethita....................................................................................19
Figura 2 – Estratégia I - redução para o mecanismo de absorção de ferro em plantas.
Modificado de Guerrinot e Yi (1994). FRO – enzima especifica ferro quelato-redutase; IRT –
transportador especifico do ferro (Iron Regulated Transporter) ................................................21
Figura 3 – Estratégia II - quelação para o mecanismo de absorção de ferro em plantas.
Modificado de Guerrinot e Yi (1994). MP – Membrana plasmática; FS – Fitossiderofóros; Fe3+
_FS – Complexo quelato; YS – Transportador específico (Yellow Stripe) ...............................22
Figura 4 – Vaso utilizado no experimento, Paragominas-PA, Brasil, 2017 ..............................24
Figura 5 – Aplicação de água destilada nos vasos, Paragominas-PA, Brasil, 2017...................25
Figura 6 – Delineamento experimental com 20 unidades e uma planta de soja por vaso,
Paragominas-PA, Brasil, 2017 ..................................................................................................25
Figura 7 – Plantas de soja sob tratamentos - EBR / Fe adequado (Controle) (A), - EBR / Fe
deficiente (B), + EBR / Fe adequado (C) e + EBR / Fe deficiente (D), Paragominas-PA, Brasil,
2017...........................................................................................................................................26
Figura 8 – Folhas de soja sob tratamentos - EBR / Fe adequado (Controle) (A), - EBR / Fe
deficiente (B), + EBR / Fe adequado (C) e + EBR / Fe deficiente (D), Paragominas-PA, Brasil,
2017...........................................................................................................................................27
Figura 9 – Fluorômetro de clorofila modulado (modelo OS5p; Opti-Sciences), Paragominas-
PA, Brasil, 2017........................................................................................................................27
Figura 10 – Analisador de gás infravermelho (modelo LCPro+; ADC BioScientific),
Paragominas-PA, Brasil, 2017...................................................................................................28
Figura 11 – Fluorescência mínima de clorofila (F0), fluorescência máxima de clorofila (Fm),
fluorescência variável de clorofila (Fv) e eficiência quântica máxima do fotossistema II (Fv/Fm)
em plantas de soja pulverizadas com EBR e expostas à deficiência de Fe, Paragominas-PA,
Brasil, 2017. Colunas com diferentes letras indicam diferenças significativas pelo teste de
Skott-Knott (P<0.05). Valores descritos correspondem as médias de cinco repetições e desvios-
padrão........................................................................................................................................29
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Fluorescência de clorofilas em plantas de soja pulverizadas com EBR e expostas à
deficiência de Fe, Paragominas-PA, Brasil, 2017......................................................................31
Tabela 2 – Trocas gasosas em plantas de soja pulverizadas com EBR e expostas à deficiência
de Fe, Paragominas-PA, Brasil, 2017........................................................................................34
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
BRs – Brassinosteróides
Ci – Concentração intercelular de CO2
Cyt b6f – Complexo citocromo b6f
E – Taxa de transpiração
EBR – 24-epibrassinolídio
ETR – Taxa de transporte aparente de elétrons
ETR/PN – Relação entre taxa de transporte aparente de elétrons e taxa de fotossíntese líquida
EXC – Excesso de energia no fotossistema II
Fd – Ferredoxina
Fe – Ferro
Fm – Fluorescência máxima de clorofila
Fe2+ – Ferro ferroso
Fe3+ – Ferro férrico
Fe3+ _FS – Complexo quelato
FNR – Fd-NADP(H) oxireductase
F0 – Fluorescência mínima de clorofila
FRO – Enzima específica ferro quelato-redutase
FS – Fitossiderofóros
Fv – Fluorescência variável de clorofila
Fv/Fm – Eficiência quântica máxima do fotossistema II
gs – Condutância estomática
IRT – Transportador especifico do ferro (Iron Regulated Transporter)
MP – Membrana plasmática
NPQ – Dissipação não fotoquímica
PN – Taxa de fotossíntese líquida
PN/Ci – Eficiência na carboxilação instantânea
qP – Dissipação fotoquímica
WUE – Eficiência no uso da água
YS – Transportador específico (Yellow Stripe)
ΦPSII – Eficiência quântica efetiva do fotossistema II
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 12
2 OBJETIVOS ........................................................................................................................ 14
2.1 Objetivo geral .................................................................................................................... 14
2.2 Objetivos específicos ......................................................................................................... 14
3 REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................................... 15
3.1 Soja (Glycine max L.)........................................................................................................ 15
3.1.1 Classificação botânica e origem ...................................................................................... 15
3.1.2 Morfologia e desenvolvimento ........................................................................................ 15
3.1.3 Exigências climáticas ...................................................................................................... 16
3.2 Ferro .................................................................................................................................. 17
3.2.1 Ferro e sua deficiência nas plantas .................................................................................. 17
3.2.2 Ferro no solo .................................................................................................................... 18
3.2.3 Captação de ferro pelas plantas ....................................................................................... 20
3.3 Ação de brassinosteróides ................................................................................................ 22
4 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................ 24
4.1 Localização e condições de crescimento ......................................................................... 24
4.2 Plantas, recipientes e aclimatação ................................................................................... 24
4.3 Delineamento experimental ............................................................................................. 25
4.4 Preparação e aplicação de 24-epibrassinolídio (EBR) .................................................. 26
4.5 Tratamento de plantas e tratamentos de ferro .............................................................. 26
4.6 Medições de fluorescência de clorofilas .......................................................................... 27
4.7 Avaliação de trocas gasosas ............................................................................................. 28
4.8 Análise de dados ............................................................................................................... 28
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 29
5.1 EBR atenua as interferências provocadas pela deficiência de Fe na fluorescência de
clorofilas .................................................................................................................................. 29
5.2 Incrementos promovidos pelo EBR nas trocas gasosas em plantas sob deficiência de
Fe .............................................................................................................................................. 33
6 CONCLUSÕES .................................................................................................................... 36
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 37
12
1 INTRODUÇÃO
A soja (Glycine max (L.) Merrill) é uma planta oleaginosa que apresenta grande
importância para a alimentação humana e animal (HUANG et al., 2017) por possuir ampla
capacidade de produzir grãos ricos em proteínas (XU et al., 2016), além de ser utilizada também
como fonte de energia nos biocombustíveis (PEREIRA et al., 2017). Segundo a FAO (2017) na
safra 2015/2016 foram produzidas aproximadamente 314 milhões de toneladas, sendo
atualmente, a leguminosa mais consumida e cultivada no mundo. No ranking mundial, os
principais países produtores são os Estados Unidos da América e o Brasil (HART, 2017).
O ferro (Fe) é o quarto elemento mais encontrado na crosta terrestre e o segundo metal
mais abundante no solo (LÓPEZ-MILLÁN et al., 2013). É essencial para a maioria dos
organismos vivos, no entanto, devido suas propriedades químicas em ambientes oxigenados
pode ocorrer limitação de sua disponibilidade (ABADÍA et al., 2011). Como consequência da
limitação, a deficiência de Fe é um fenômeno generalizado entre os reinos animal e vegetal
(KIEU et al., 2012; SELOTE et al., 2015). No solo, apesar dos elevados teores totais, é
proporcionado originalmente na estrutura dos minerais primários e, após sofrer oxidação na
solução do solo, precipita-se como oxihidróxidos de baixa solubilidade, tornando esse Fe pouco
disponível às plantas (BARBERON et al., 2014; JIANG et al., 2016).
Os brassinosteróides (BRs) são uma nova classe de reguladores vegetais, classificada
como polihidroxi-esteroidais (ZHOU et al., 2015), sendo amplamente utilizados na maioria dos
fatores fisiológicos e experimentais em forma de 24-epibrassinolídio(EBR) (ZHANG et al.,
2014). Essas substâncias estão localizadas principalmente nas regiões meristemáticas e
encontradas em baixas concentrações nos tecidos (JANECZKO et al., 2016).
Os BRs quando aplicadas exogenamente são chamados de reguladores de crescimento,
podendo ser sintéticos ou análogos (VARDHINI; ANJUM, 2015). São essenciais na divisão e
expansão celular (ZHIPONOVA et al., 2013), atuação benéfica no sistema antioxidante
(FARIDUDDIN et al., 2014), regulação da assimilação e alocação de carboidratos
(POCIECHA et al., 2016), melhoraria nas trocas gasosas e na eficiência do fotossistema II (WU
et al., 2014). Além disso, promovem efeitos benéficos na tolerância de plantas a diferentes
estresses bióticos e abióticos (HAO et al., 2013). Contudo, outras respostas e efeitos sobre a
aplicação desse esteróide na cultura da soja ainda necessitam serem elucidadas, havendo
necessidade de novos estudos.
Diante da importância da soja para a economia mundial, torna-se imprescindível a
realização de estudos utilizando instrumentos que avaliem os danos provocados pelo déficit de
Fe (GRILLET et al., 2014), pois mesmo em altas concentrações totais no solo, este
13
micronutriente essencial, após passar por oxidação apresenta baixa disponibilidade às plantas
(HINDT; GUERINOT, 2012). Portanto, para o manejo adequado da cultura da soja, visando
melhor produtividade, é importante conhecer novas ferramentas, como o efeito da aplicação
exógena dos BRs sobre os parâmetros fisiológicos, bem como compreender a provável
atenuação das interferências negativas ocasionadas pela deficiência de Fe.
14
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Determinar o papel dos brassinosteróides sobre a fluorescência de clorofilas e trocas
gasosas em plantas de soja submetidas a deficiência de ferro.
2.2 Objetivos específicos
Submeter as plantas de soja a deficiência de Fe.
Analisar os danos provocados pela deficiência de Fe em plantas de soja.
Responder como os BRs contribuem sob os parâmetros fisiológicos das plantas de soja
expostas a deficiência de Fe.
15
3 REVISÃO DE LITERATURA
3.1 Soja (Glycine max L.)
3.1.1 Classificação botânica e origem
A soja é uma planta pertencente ao reino Plantae, divisão Magnoliophyta, classe
Magnoliopsida (Dicotiledôneas), ordem Fabales, família Fabaceae (Leguminosae), subfamília
Faboideae (Papilionoideae), gênero Glycine e espécie Glycine max (L.) Merrill (SEDIYAMA
et al., 1985). É uma cultura milenar, hoje conhecida e cultivada em todo o mundo, em que
apresenta características muito diferente dos ancestrais que consistiam em espécies de plantas
rasteiras que se desenvolviam na costa leste da Ásia, principalmente ao longo do Rio Amarelo,
na China (PETER et al., 2016; SEDIYAMA, 2009).
A evolução desta espécie começou com o aparecimento de plantas oriundas de
cruzamentos naturais, entre duas espécies de soja selvagem, que foram domesticadas e
melhoradas por cientistas da antiga China (FARIAS et al., 2007; LEE et al., 2011). Os registros
apontam que G. max tenha derivado de G. gracilis, que por sua vez tenha como ancestral G.
soja (MISSÃO, 2006).
No Brasil, o primeiro cultivo foi registrado na Bahia via Estados Unidos, em 1882, por
Gustavo Dutra, então professor da Escola de Agronomia da Bahia, realizou os primeiros estudos
de avaliação de cultivares introduzidas no país (MUSSKOPF; BIER, 2010). Em 1891, testes de
adaptação de cultivares, foram realizados no Instituto Agronômico de Campinas, Estado de São
Paulo (SP). Naquele período, o interesse era apenas a utilização como forrageira e o seu uso
como grão só foi iniciado em 1941 no Rio Grande do Sul (ROCHA, 2009).
3.1.2 Morfologia e desenvolvimento
A soja é uma planta anual, autógama, herbácea, ereta, apresentando ampla variabilidade
para as características morfológicas, que ainda podem ser influenciadas diversas condições
ambientais (MATTOS et al., 2016). O seu ciclo, que corresponde ao número de dias da
emergência até a maturação, pode levar de 75 para as cultivares mais precoces e 200 dias para
as mais tardias (SEDIYAMA, 2009).
O sistema radicular é pivotante, com uma raiz principal e ramificações laterais profusas
com habilidade de estabelecer simbiose com bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico
(NICOLOSO et al., 2008). O caule apresenta pilosidade, é ereto, frequentemente ramificado,
com altura entre 30 e 200 cm e pode apresentar crescimento indeterminado, semi-determinado
ou determinado (CAPELLARI JUNIOR et al., 2007).
As cultivares de hábito de crescimento indeterminado não apresentam rácemos florais
16
terminais e continuam desenvolvendo nós e alongando o caule, de forma que continuam a
incrementar a altura até o final do florescimento (ROCHA, 2009). Enquanto que, as cultivares
de hábito de crescimento determinado têm as plantas com caules terminados por rácemos florais
e, após o início do florescimento, as plantas aumentam muito pouco em altura (SOUZA et al.,
2014).
As folhas são alternadas, de pecíolos longos e compostas de três folíolos grandes,
geralmente ovais. As flores são axilares ou terminais, do tipo papilionada, brancas, amarelas ou
violáceas, segundo a variedade (BORÉM, 1999). Os frutos são vagens oblongas e pendentes,
pubescentes e com 25 a 75 mm de comprimento, com número de grãos variando de um a cinco
por vargem (BORÉM, 2005). Estas são, na maioria das vezes elípticas e achatadas e em estado
de maturação, podem apresentar cor amarelo-palha, de oliva, marrom clara ou preta nas
variedades cultivadas (MISSÃO, 2006).
O ciclo da soja é dividido em estádios de desenvolvimento, vegetativo e reprodutivo.
Os estádios vegetativos são denominados pela letra V e os reprodutivos pela letra R. Com
exceção dos eventos de emergência e abertura dos cotilédones, as letras V e R são seguidas de
números que identificam estádios específicos (ROCHA, 2009). Os estádios V correspondem os
eventos ocorridos desde a emergência da plântula até a emissão do último trifólio antes da
abertura da primeira flor. Enquanto que, os estádios R compreendem os eventos ocorridos desde
a abertura da primeira flor até a maturação completa das vagens (FAGAN et al., 2010).
3.1.3 Exigências climáticas
O ciclo de um vegetal é afetado por vários fatores, sendo que os climáticos são os que
mais alteram o desenvolvimento de uma cultura. Dentre esses, a disponibilidade hídrica, o
fotoperíodo e a temperatura são os mais importantes por provocarem alterações qualitativas no
ciclo da soja (FERRARI et al., 2015).
Na germinação, tanto o déficit hídrico quanto o excesso pode prejudicar o
desenvolvimento da soja, estabelecendo que o ideal é que a planta absorva 50% do seu peso em
água para assegurar um bom desempenho (ROCHA, 2009). A cultura apresenta dois períodos
críticos bem definidos com relação à deficiência de água, primeiramente da semeadura à
emergência, e posteriormente durante o enchimento dos grãos, visto que estes envolvem
diretamente a formação dos componentes do rendimento (STRECK; ALBERTO, 2006).
A planta de soja atingi a máxima exigência hídrica durante a floração e enchimento dos
grãos, aonde a demanda atinge 7 a 8 mm/dia, ocorrendo decréscimo da demanda após a fase de
enchimento dos grãos (MINUZZI et al., 2010). No entanto, a ocorrência de déficit hídrico
17
durante o período de enchimento dos grãos é mais prejudicial do que durante a floração. A
necessidade total de água, para obtenção do máximo rendimento, ao que se refere à necessidade
hídrica varia entre 450 a 800 mm/ciclo, dependendo das condições edafoclimáticas, do manejo
da cultura e do ciclo da cultivar (EMBRAPA, 2008).
A soja é classificada como planta de dias curtos, apresenta alta sensibilidade ao
fotoperíodo, aonde o florescimento ocorre mesmo com condições de dia longo, tornando-se
mais rápido à medida que os dias se tornam mais curtos (FERRARI et al., 2015). Contudo,
existe uma ampla variabilidade genética de resposta às exigências fotoperiódicas entre
cultivares. O fotoperíodo determina a indução ao florescimento, enquanto que, a temperatura
controla o florescimento (FARIAS et al., 2007).
Em relação as exigências térmicas, a soja apresenta melhor adaptação em regiões onde
as temperaturas oscilam entre 20ºC e 30ºC, sendo considerada a temperatura ideal em torno de
30ºC (EMBRAPA, 2008). A temperatura do solo adequada é 25ºC para uma emergência rápida
e uniforme. A floração da soja somente é induzida quando ocorrem temperaturas acima da
temperatura base, que é variável de cultivar para cultivar (MINUZZI et al., 2010; RODRIGUES
et al., 2001).
3.2 Ferro
3.2.1 Ferro e sua deficiência nas plantas
O ferro (Fe) é um micronutriente essencial para praticamente todos os organismos. É
absorvido pelas plantas preferencialmente na sua forma iônica Fe2+ em condições aeróbicas e
fisiológicas de pH, sendo que sua deficiência ou excesso provoca desordem nutricional grave
(LÓPEZ-MILLÁN et al., 2013). A homeostase de Fe interrompida afeta o crescimento da planta
e desenvolvimento, levando à redução do rendimento das culturas e qualidade (WALKER;
WATERS, 2011).
A principal função do Fe nas plantas é ser componente enzimático, aonde a maioria
participa de processos de oxirredução (KOBAYASHI; NISHIZAWA, 2012). As enzimas que
atuam na transferência de elétrons utilizam o Fe como cofator de escolha, sendo estas enzimas
envolvidas em uma variedade de reações-redox reversíveis (FOURCROY et al., 2014),
participa na rota da síntese de clorofila (ABADÍA et al., 2011), na fotossíntese (LIU et al.,
2017), síntese de DNA, respiração (BRIAT et al., 2015), biossíntese de fitormônios (ácido
giberélico, ácido jasmônico e etileno), na produção e na eliminação de espécies reativas de
oxigênio (ERO) (DIXON; STOCKWELL, 2014), bem como na assimilação de nitrogênio pelos
18
rizóbios (KHAN et al., 2014), na osmoproteção na redução química do nitrato e sulfato
(HANKE; MULO, 2013) e defesa de patógenos (KIEU et al., 2012).
As proteínas ligantes ao Fe podem ser definidas em quatro tipos, dependendo do tipo
de ligante, sendo as proteínas mononuclear de Fe, proteínas diferro carboxiladas, proteínas com
aglomerados de ferro-enxofre (Fe-S) e proteínas contendo hemoproteínas (Fe-heme)
(BARBERON et al., 2014). As hemoproteínas participam de processos da respiração, e as ferro-
enxofre, atuando em processos fotossintéticos, como a ferredoxina, nitrogenase e sulfato
redutase (ABADÍA et al., 2011; GRILLET et al., 2014).
O Fe possui mobilidade intermediária nas plantas, fazendo com que a deficiência desse
nutriente ocorra inicialmente nas folhas novas por meio de sintomas de manchas cloróticas,
devido à baixa remobilização a partir das folhas velhas, onde é comum perceber que somente
as nervuras das folhas permanecem verdes. Podem ocorrer ainda manchas irregulares
amareladas nas folhas mais velhas (BARBERON et al., 2014; MALAVOLTA, 2006).
Em casos graves de deficiência, os limbos ficam amarelados ocorre a necrose e a queda
das folhas, manchas necróticas de cor marrom podem surgir na margem dos folíolos próximo
às bordas (SOUZA et al., 2015a), podendo chegar ao estriamento nas folhas, e algumas vezes,
encurvamento, além do desfolhamento total, e em plantas anuais a inibição do crescimento da
planta (BRIAT et al., 2015). Também, altas concentrações de alumínio e manganês na planta
podem reduzir a absorção de Fe e induzir à deficiência deste elemento (KOBAYASHI et al.,
2013).
Aproximadamente, 75% do Fe é encontrado nos cloroplastos e, consequentemente, na
sua deficiência, ocorre clorose das folhas jovens, pela diminuição da quantidade de cloroplasto
e do teor de clorofila (WALKER; WATERS, 2011). As menores concentrações de carboidratos
em plantas deficientes em Fe também são indicativas da diminuição da atividade fotossintética
(ZARGAR et al., 2015).
3.2.2 Ferro no solo
Os minerais de Fe mais comuns são pirita (FeS2), olivinas [(Mg,Fe)2.SiO4], magnetita
(Fe3O4), ilmenita (FeTiO3), hematita (Fe2O3) e goethita (Fe-OOH). O Fe2+ pode também ocorrer
em minerais contendo Mg (COLOMBO et al., 2014). As formas mais abundantes de óxidos de
Fe encontradas nos solos bem drenados e aerados são goethita e hematita, sendo as outras
formas de óxidos de Fe menos abundantes como a magnetita (JIANG et al., 2016).
A disponibilidade de Fe para plantas depende das propriedades físico-químicas do solo
(KOBAYASHI et al., 2012). Apesar dos altos teores totais no solo, este metal é pouco solúvel
19
no solo, sendo principalmente encontrado em complexos de Fe3+ bastante insolúveis em solos
(ABADÍA et al., 2011). A dissolução e precipitação de óxidos de Fe são os maiores fatores que
controlam a sua solubilidade nos solos, e são altamente dependentes do pH, apresentando maior
disponibilidade entre pH 4 e 6. A solubilidade do Fe3+ diminui 100 vezes a cada unidade que
aumenta de pH (BARBERON et al., 2014). O número de oxidação do Fe, sua ligação com
componentes do solo e o grau de cristalinidade do mineral também alteram sua disponibilidade
(AHEMAD; KIBRET, 2014; NOVAIS et al., 2007).
Este elemento, originalmente, apresenta a estrutura dos minerais primários, como os
piroxênios (ferrossilita - FeSiO3) rico em Fe, no qual constitui um importante inossilicatos de
cadeia simples encontrados em múltiplas rochas ígneas e metamórficas (GROTZINGER;
JORDAN, 2013; KLEIN; DUTROW, 2009). As ferrossilitas liberam sílica e íons ferroso (Fe2+)
para a solução do solo, o Fe2+ é oxidado pelas moléculas de oxigênio (O2) e, após sofrer
oxidação forma o ferro férrico (Fe3+). Posteriormente, ocorre a combinação do Fe3+ com H2O,
precipitando produtos ferruginosos e resultando em oxihidróxidos de baixa solubilidade, como
a goethita (Fe-OOH), tornando o Fe pouco disponível às plantas (Figura 1) (ALEXANDRE et
al., 2012; LEPSCH, 2002).
Figura 1 – Esquema simplificado dos processos de oxidação e precipitação do ferro no solo. FeSiO3 – Ferrossilita;
SiO2 – Óxido de silício; Fe2+ – Ferro ferroso; O2 – oxigênio; Fe3+ – Ferro férrico; H2O – água; Fe-OOH – goethita.
Fonte: Castro, 2015. Adaptado pela autora, 2017.
Os latossolos perférricos e acriférricos apresentam altos teores de Fe e acidez, todavia,
alguns com baixos teores de nutrientes nos solos indicando a necessidade de adubação e
correção da acidez para o uso agrícola (CARVALHO FILHO et al., 2011). Dessa forma, a
FeSiO3
Fe2+
Fe3+
Fe-OOH
SiO2
O2
H2O
Agentes oxidantes
Agentes redutores
20
calagem, como também a adubação fosfatada em altas doses, pode induzir a deficiência de Fe,
visto que a baixa disponibilidade desse elemento é acentuada em solos com pH próximo da
neutralidade ou alcalino (JIANG et al., 2016).
As plantas cultivadas sob baixa disponibilidade de Fe, especialmente nas cultivadas em
solos muito arenosos (SILVA; MENEZES, 2010), solos calcários e mal drenados, a deficiência
leva a desequilíbrio nutricional que pode causar a diminuição no crescimento vegetativo, perdas
no rendimento e qualidade (ABADÍA et al., 2011). Estes solos calcários cobrem 30% da
superfície terrestre, apresentam pH acima de 7,0 e consequentemente, favorecem a formação
de oxihidróxidos Fe3+ (COLOMBO et al., 2014; FOURCROY et al., 2014).
A disponibilidade de Fe no solo também pode ser influenciada negativamente em
condições de desequilíbrio nutricional com baixos teores de cobre, manganês e zinco ou devido
a elevada concentração de molibdênio (KURTZ; ERNANI, 2010). Os solos ricos em matéria
orgânica, particularmente quando encharcados, também são propícios a deficiência de Fe
(BIRANI et al., 2015), assim como fatores relacionados à elevada umidade, níveis altos de
bicarbonato (SOUZA et al., 2015b), presença de fungos e nematóides no solo (SOUZA et al.,
2010).
3.2.3 Captação de ferro pelas plantas
O processo de absorção do Fe se inicia pelo apoplasto das células epidermais da raíz, e
sob condições aeróbicas, parte desse Fe é oxidado e precipita como hidróxido ou sal fosfato,
formando um “pool” de Fe no apoplasto (KIM; GUERINOT, 2007). Esse estoque no apoplasto
corresponde a mais de 95% do Fe na raiz, que pode ser utilizado em casos de deficiência desse
elemento (AHEMAD; KIBRET, 2014). Uma vez o Fe presente na raíz, inicia-se seu caminho
via simplasto, dependente de um sistema de transportador de membrana de alta afinidade por
Fe, e para isso as plantas reduzem o Fe3+-quelatos a Fe2+ (KOBAYASHI; NISHIZAWA, 2014;
SCHULER et al., 2012).
O transporte radial do Fe a partir da epiderme da raiz até os vasos do xilema é realizado
pela via simplástica e pela Fe2+-nicotianamina (FOURCROY et al., 2014). O transporte pelo
xilema é realizado pelo complexo Fe-ácido cítrico (citrato) e afetado pelo pH e o gradiente de
potencial da água (KIM; GUERINOT, 2007).
O transporte no floema é influenciado pela força iônica, pH e constituintes orgânicos. A
seiva do floema sofre pressão positiva do gradiente de potencial da água (KOBAYASHI et al.,
2012), sendo o pH da seiva do floema geralmente maior que oito e contém maiores
concentrações de soluto do que no xilema e a força iônica corresponde principalmente a
21
sacarose e K+ (SCHULER et al., 2012; WANG et al., 2013). Posteriormente a passagem pelos
vasos da planta, o Fe entra nas células das folhas e é direcionado a diversas organelas, como a
mitocôndria e o cloroplasto, que contém mais de 75% do Fe das folhas com sua importante
função na fotossíntese, e o excesso desse micronutriente é direcionado ao vacúolo (KIM;
GUERINOT, 2007).
As plantas superiores desenvolveram duas estratégias principais para lidar com a
deficiência de Fe, a denominada estratégia I, presente principalmente nas dicotiledôneas e nas
monocotiledôneas não gramináceas, e a estratégia II, presente em gramíneas, ambas estratégias
visam efetivamente adquirir Fe da rizosfera (ALEXANDRE et al., 2012).
A estratégia I, consiste na redução do Fe3+ em Fe2+ através da acidificação da rizosfera,
causada pela extrusão de prótons pelas H+-ATPases de membrana plasmática. Esta redução do
Fe3+ em Fe2+ é promovida por uma proteína especifica, a Ferro Quelato-Redutase (FRO). Após
a redução, o Fe2+ é transportado por transportadores específicos de membrana (IRT) do solo
para o interior das células da raiz (Figura 2) (KOBAYASHI et al., 2013).
Figura 2 – Estratégia I - redução para o mecanismo de absorção de ferro em plantas. Modificado de Guerrinot e
Yi (1994). FRO – enzima espécifica ferro quelato-redutase; IRT – transportador especifico do ferro (Iron
Regulated Transporter).
Fonte: Alexandre et al., 2012.
Em condições de baixa capacidade de redução de Fe3+ para Fe2+ nas raízes, as plantas
da estratégia I desenvolvem mudanças morfológicas e bioquímicas, levando ao aumento da
capacidade de aquisição de Fe (KOBAYASHI et al., 2012). As alterações morfológicas incluem
inchaço das pontas radiculares e formação de raízes laterais, cabelos radiculares e células de
transferência que aumentam a área de superfície da raiz (GRILLET et al., 2014).
22
Na estratégia II, os fitossideróforos, que consistem em compostos que possuem alta
afinidade por Fe e são secretados para a rizosfera, denominado mecanismo de quelação
(HINDT; GUERINOT, 2012), que é mediada pela síntese e secreção de quelantes naturais de
Fe3+, onde estes se unem ao Fe3+ formando um complexo quelato (Fe3+-FS). Este complexo é
transportado por transportadores específicos conhecidos como Yellow Stripe (YS) para dentro
das células (Figura 3) (WANG et al., 2013).
Figura 3 – Estratégia II - quelação para o mecanismo de absorção de ferro em plantas. Modificado de Guerrinot
e Yi (1994). MP – Membrana plasmática; FS – Fitossiderofóros; Fe3+_FS – Complexo quelato; YS – Transportador
específico (Yellow Stripe).
Fonte: Alexandre et al., 2012.
Os genes que participam de ambas as estratégias são altamente induzidos pela baixa
disponibilidade de Fe, principalmente a nível da transcrição (AHEMAD; KIBRET, 2014).
Estudos demonstram uma rede de fatores de transcrição que regulam a resposta à deficiência
de Fe, no entanto, substâncias de sinalização e os sensores que regulam esta resposta ainda
necessitam serem elucidados (KOBAYASHI; NISHIZAWA, 2014). Outras pesquisas
originadas na era genômica ressaltam que em todas as plantas, exceto gramíneas, o mecanismo
de adaptação para a limitação de Fe sugere a necessidade de maior poder de redução (NADH)
para a redutase de Fe da membrana plasmática radicular (MP) e aumento da energia (ATP) para
a H+-ATPase (FOURCROY et al., 2014).
3.3 Ação de brassinosteróides
Os brassinosteróides (BRs) são substâncias classificadas como polihidroxi-esteroidais,
derivados do esteróide vegetal campesterol, sendo frequentemente avaliadas na forma de 24-
epibrassinolídio (EBR) (WU et al., 2014), e encontradas naturalmente nas plantas em baixas
concentrações, exercendo importantes efeitos fisiológicos (BAJGUZ, 2011; BARTWAL et al.,
23
2013). Atualmente, são conhecidos mais de sessenta BRs diferentes distribuídos no reino
vegetal (ZHOU et al., 2015). O principal local da síntese está localizado nos órgãos em
desenvolvimento, como nas regiões meristemáticas (HASAN et al., 2011). Entre os tecidos
vegetais, os tecidos jovens em crescimento possuem conteúdos superiores de BRs em
comparação aos tecidos velhos (BRUYNE et., 2014).
Os BRs regulam a expressão de centenas de genes (JANECZKO et al., 2016), afetam a
atividade de inúmeras vias metabólicas e ajudam a controlar os processos que conduzem à
morfogênese (FARIDUDDIN et al., 2014; ZHOU et al., 2015). A presença dos BRs incluem
tamém efeitos sobre a divisão de celular, alongamento celular (ZHIPONOVA et al., 2013),
germinação (HU; YU, 2014), expansão foliar, incluindo aumentos nas taxas de crescimento e
desenvolvimento em plantas (GUDESBLAT; RUSSINOVA, 2011). Além disso, participam da
ativação de bombas de prótons, inibição de raízes (GUJAS et al., 2012) e repercussão benéfica
no sistema antioxidante (IRFAN et al., 2014; VARDHINI; ANJUM, 2015).
Este esteróide apresenta múltiplas ações em diferentes processos essenciais, como
indução de biossíntese de etileno (VANDENBUSSCHE et al., 2013), síntese de ácidos
nucléicos, composição de proteínas (MAHESH et al., 2013), regulação da assimilação e
alocação de carboidratos (POCIECHA et al., 2016). Assim como, na melhoraria das trocas
gasosas e na eficiência do fotossistema II (LIMA; LOBATO, 2017; WU et al., 2014), em que
a literatura disponível sugere um provável efeito positivo dos BRs em relação ao transporte de
elétrons nos fotossistemas que podem exercer interferência na ativação da fotossíntese
(HASAN et al., 2011; ZHANG et al., 2014).
Os BRs participam também de processos de tolerância das plantas a diversos tipos de
estresses bióticos e abióticos como, altas temperaturas (BARTWAL et al., 2013), seca
(JANECZKO et al., 2016), salinidade (VARDHINI; ANJUM, 2015), metais pesados
(FARIDUDDIN et al., 2014) e ataque de patógenos (BRUYNE et., 2014).
Na atual literatura, existem apenas três pesquisas levantadas que avaliaram os efeitos
dos BRs em plantas submetidas a deficiência de Fe. No primeiro estudo, realizado por Wang et
al. (2012), foi verificado o efeito dos BRs na redução da emissão do fitormônio etileno em
Cucumis sativus L. Wang et al. (2015) em plantas de Oryza sativa L., relatam a influência dos
BRs no aumento no conteúdo de Fe no tecido radicular e na matéria seca da raiz. Enquanto que,
Song et al. (2016) em plantes de Arachis hypogea L., constataram que a aplicação dos BRs
promove melhoraria das atividades da H+-ATPase e Ca2+-ATPase em raízes e folhas, assim
atribuindo maior absorção e translocação de Fe, Ca, Mg e Zn.
24
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 Localização e condições de crescimento
O experimento foi realizado em julho de 2017, na Universidade Federal Rural da
Amazônia, Campus Paragominas, Brasil (2° 55 'S, 47° 34' W). O estudo foi conduzido em
estufa com controle de temperatura e umidade. As temperaturas mínima, máxima e média foram
de 25, 35 e 26,2 °C, respectivamente. A umidade relativa durante o período experimental variou
entre 60% e 80%, e o fotoperíodo durante o estudo foi de 12 h de luz.
4.2 Plantas, recipientes e aclimatação
As sementes de Glycine max (L.) Merr. var. M8644 IPRO Monsoy™ foram germinadas
e cultivadas sob condições semi-hidropónicas em vasos plásticos do tipo Leonardo com
capacidade para 1,2 L (0,15 m de altura e 0,10 m de diâmetro), confeccionados pelo Núcleo de
pesquisa Vegetal Básica e Aplicada (NPVBA) a partir de garrafas PET de 2 L. Para a confecção
dos vasos, foi necessário cortar as garrafas ao meio e pintá-las com tinta de coloração cinza,
com um buraco no fundo coberto com uma malha para manter o substrato e arejar as raízes. A
parte de cima, foi virada para baixo e encaixada à parte de baixo da garrafa (Figura 4).
Figura 4 – Vaso utilizado no experimento, Paragominas-PA, Brasil, 2017.
Fonte: A autora, 2017.
O substrato utilizado, foi composto por areia e vermiculita seguindo a proporção de 3:1,
sendo esterilizado em autoclave a 120°C atm-1 durante 40 min. A absorção da solução foi feita
por ação capilar, contendo 500 mL de água destilada durante seis dias (Figura 5). A solução
utilizada foi de acordo com Hoagland e Arnon (1950) para o fornecimento dos nutrientes com
adaptações para a cultura. No 6º dia, foi aplicada a solução com a força iônica de 50% e
25
modificada para 100% depois de um dia. Após o 7º dia, a solução nutritiva permaneceu na força
iônica total.
Figura 5 – Aplicação de água destilada nos vasos, Paragominas-PA, Brasil, 2017.
Fonte: A autora, 2017.
4.3 Delineamento experimental
O experimento foi implementado usando um delineamento inteiramente casualizado
com quatro tratamentos (0 nM EBR + 250 µM Fe; 0 nM EBR + 2,5 µM Fe; 100 nM EBR +
250 µM Fe e 100 nM EBR + 2,5 µM Fe), sendo descrito como - EBR / Fe adequado; - EBR /
Fe deficiente; + EBR / Fe adequado e + EBR / Fe deficiente, respectivamente. Com cinco
repetições para cada um dos quatro tratamentos, foram utilizadas 20 unidades experimentais,
com uma planta em cada unidade (Figura 6).
Figura 6 – Delineamento experimental com 20 unidades e uma planta de soja por vaso, Paragominas-PA, Brasil,
2017.
Fonte: A autora, 2017.
26
4.4 Preparação e aplicação de 24-epibrassinolídio (EBR)
As mudas de dez dias de idade foram pulverizadas com 24-epibrassinolídio (EBR) e
foram submetidas a novas aplicações em intervalos de cinco dias até o 25º dia de idade. A
solução na concentração de 100 nM de EBR (Sigma-Aldrich, EUA) foi preparada dissolvendo
10μL de EBR em 100 mL de água destilada (AHAMMED et al., 2013).
4.5 Tratamento de plantas e tratamentos de ferro
Uma planta por vaso foi utilizada para avaliar os parâmetros fisiológicos. As plantas
receberam os seguintes macro e micronutrientes contidos na solução nutritiva: 8,75 mM KNO3,
7,5 mM Ca(NO3)2·4H2O, 3,25 mM NH4H2PO4, 1,5 mM MgSO4·7 H2O, 62,50 µM KCl, 31,25
µM H3BO3, 2,50 μM MnSO4·H2O, 2,50 μM ZnSO4·7H2O, 0,63 μM CuSO4·5H2O e 0,63 μM
NaMoO4·5H2O, sendo as concentrações de Fe ajustadas para cada tratamento. Para os
tratamentos de Fe, utilizou-se FeCl2·4H2O+EDTA em concentrações de 2,5 μM (Fe deficiente)
e 250 μM (Fe adequado) aplicadas durante 16 dias (10-26º dias após o início do experimento),
sendo descrito os tratamentos como - EBR / Fe adequado; - EBR / Fe deficiente; + EBR / Fe
adequado e + EBR / Fe deficiente, respectivamente (Figura 7 e 8). Durante o estudo, as soluções
de nutrientes foram trocadas às 07:00 h em intervalos de 3 dias, com o pH ajustado para 5,5
utilizando HCl ou NaOH. No 26º dia de experimento, os parâmetros fisiológicos foram medidos
para todas as plantas.
Figura 7 – Plantas de soja sob tratamentos - EBR / Fe adequado (A), - EBR / Fe deficiente (B), + EBR / Fe
adequado (C) e + EBR / Fe deficiente (D), Paragominas-PA, Brasil, 2017.
Fonte: A autora, 2017.
D C B A
27
Figura 8 – Folhas de soja sob tratamentos - EBR / Fe adequado (A), - EBR / Fe deficiente (B), + EBR / Fe
adequado (C) e + EBR / Fe deficiente (D), Paragominas-PA, Brasil, 2017.
Fonte: A autora, 2017.
4.6 Medições de fluorescência de clorofilas
A fluorescência mínima de clorofila (F0), a fluorescência máxima de clorofila (Fm), a
fluorescência variável de clorofila (Fv), a eficiência quântica máxima do fotossistema II
(Fv/Fm), a eficiência quântica efetiva do fotossistema II (ΦPSII), a dissipação fotoquímica (qP),
a dissipação não fotoquímica (NPQ), a taxa de transporte aparente de elétrons (ETR), o excesso
de energia no fotossistema II (EXC), e a relação entre taxa de transporte aparente de elétrons e
taxa de fotossíntese líquida (ETR/PN) foram determinadas usando um fluorômetro de clorofila
modulado (modelo OS5p; Opti-Sciences) (Figura 9). A fluorescência da clorofilas foi medida
em folhas completamente expandidas sob luz. Testes preliminares determinaram a localização
da folha, a parte da folha e o tempo necessário para obter a maior relação Fv/Fm, portanto, o
terço acropetal das folhas que estavam no terço médio da planta e adaptado ao escuro durante
30 minutos foi utilizado na avaliação. A intensidade e a duração do pulso da luz de saturação
foram 7.500 µmol m–2 s–1 e 0.7 s, respectivamente.
Figura 9 – Fluorômetro de clorofila modulado (modelo OS5p; Opti-Sciences), Paragominas-PA, Brasil, 2017.
Fonte: A autora, 2017.
A B C D
28
4.7 Avaliação de trocas gasosas
A taxa de fotossíntese líquida (PN), a taxa de transpiração (E), a condutância estomática
(gs) e a concentração intercelular de CO2 (Ci) foram avaliadas utilizando um analisador de gás
infravermelho (modelo LCPro+; ADC BioScientific) (Figura 10). Estes parâmetros foram
medidos na superfície adaxial de folhas totalmente expandidas que foram coletadas da região
intermediária da planta. A eficiência do uso da água (WUE) foi estimada de acordo com Ma et
al. (2004), e a eficiência na carboxilação instantânea (PN/Ci) foi calculada utilizando a fórmula
descrita por Aragão et al. (2012). As trocas gasosas foram avaliadas em todas as plantas em
condições constantes de concentração de CO2, radiação fotossinteticamente ativa, taxa de fluxo
de ar e temperatura em uma câmara a 360 μmol mol-1 CO2, 800 μmol fótons m-2 s-1, 300 µmol
s-1 e 28 °C, respectivamente, entre 10:00 e 12:00 h.
Figura 10 – Analisador de gás infravermelho (modelo LCPro+; ADC BioScientific), Paragominas-PA, Brasil,
2017.
Fonte: A autora, 2017.
4.8 Análise de dados
Os dados foram submetidos a uma análise de variância e as diferenças significativas
entre as médias foram determinadas pelo teste de Scott-Knott com um nível de probabilidade
de 5% (STEEL et al., 2006). Os desvios padrão foram calculados para cada tratamento. As
análises estatísticas foram realizadas com o auxílio do software Assistat® (SILVA;
AZEVEDO, 2016). Os gráficos foram confeccionados com o auxílio do software SigmaPlot®
versão 10.0.
29
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 EBR atenua as interferências provocadas pela deficiência de Fe na fluorescência de
clorofilas
A deficiência de Fe provocou alterações significativas em F0, Fm e Fv/Fm. No entanto, a
aplicação de EBR induziu reduções de 16% e 5% para F0 e Fm, respectivamente, e incremento
de 6% em Fv/Fm (Figura 11), quando comparado ao tratamento sem EBR e sob Fe deficiente.
Figura 11 – Fluorescência mínima de clorofila (F0), fluorescência máxima de clorofila (Fm), fluorescência variável
de clorofila (Fv) e eficiência quântica máxima do fotossistema II (Fv/Fm) em plantas de soja pulverizadas com EBR
e expostas à deficiência de Fe, Paragominas-PA, Brasil, 2017. Colunas com diferentes letras indicam diferenças
significativas pelo teste de Skott-Knott (P<0.05). Valores descritos correspondem as médias de cinco repetições
e desvios-padrão.
Fonte: A autora, 2017.
O EBR reduziu os impactos da deficiência de Fe sobre F0 e Fv/Fm em plantas de soja. A
redução de F0 após a aplicação de EBR está relacionado ao aumento da proporção de quinona
oxidada (QA), melhorando a captura de fótons nos centros de reação do PSII (HERTLE et al.,
2013; LI et al., 2015) e, portanto, atenuação do processo fotoinibitório resultante da deficiência
de Fe (YUAN et al., 2012; JIANG et al., 2013).
30
A pulverização de EBR aumentou os valores de Fv/Fm, revelando efeitos benéficos sobre
componentes da membrana dos tilacóides (KRUMOVA et al., 2013), consequentemente,
aumento na taxa de transporte de elétrons entre PSII e PSI (MA; GUO, 2014). Incrementos
promovidos pelo EBR (100 nM) foi verificado para Fv/Fm, por Ahammed et al. (2012) avaliando
o comportamento fotossintético e estresse oxidativo em plantas de Solanum lycopersicum,
corroborando os dados desta pesquisa.
Plantas submetidas à deficiência de Fe tiveram decréscimos significativos em ΦPSII, qP
e ETR, enquanto que o EBR promoveu aumentos expressivos de 14%, 25% e 17%,
respectivamente, em comparação com plantas expostas sem EBR e sob Fe deficiente (Tabela
1). Nas variáveis em NPQ, EXC e ETR/PN, plantas expostas a deficiência de Fe apresentaram
acréscimos, entretanto, ao receberem a pulverização com EBR obtiveram reduções
significativas de 23%, 6% e 15%, respectivamente (Tabela 1), quando comparado a igual
tratamento sem EBR.
31
Tabela 1 – Fluorescência de clorofilas em plantas de soja pulverizadas com EBR e expostas à deficiência de Fe, Paragominas-PA, Brasil, 2017.
Tratamento ΦPSII qP NPQ ETR (µmol m-2 s-1) EXC (µmol m-2 s-1) ETR/PN
_ EBR / Fe adequado 0.32 ± 0.01b 0.75 ± 0.06b 0.86 ± 0.07c 46.77 ± 1.24b 0.56 ± 0.02c 2.42 ± 0.08b
_ EBR / Fe deficiente 0.24 ± 0.01d 0.40 ± 0.02d 1.49 ± 0.10a 34.56 ± 1.70d 0.64 ± 0.03a 2.91 ± 0.18a
+ EBR / Fe adequado 0.35 ± 0.02a 0.87 ± 0.02a 0.74 ± 0.04c 50.90 ± 2.51a 0.53 ± 0.03c 2.45 ± 0.13b
+ EBR / Fe deficiente 0.28 ± 0.01c 0.50 ± 0.03c 1.13 ± 0.08b 40.54 ± 2.13c 0.60 ± 0.01b 2.47 ± 0.16b
ΦPSII = Eficiência quântica efetiva do fotossistema II; qP = Dissipação fotoquímica; NPQ = Dissipação não fotoquímica; ETR = Taxa de transporte aparente de elétrons; EXC =
Excesso de energia no fotossistema II; ETR/PN = Relação entre taxa de transporte aparente de elétrons e taxa de fotossíntese líquida. Colunas com letras diferentes indicam
diferenças significativas pelo teste de Scott-Knott (P<0.05). Valores descritos correspondem as médias de cinco repetições e desvios-padrão. Fonte: A autora, 2017.
32
Plantas expostas a deficiência de Fe e pulverizadas com EBR exibiram incrementos nos
valores do ΦPSII, qP e ETR, e estes resultados são relacionados as interferências benéficas do
EBR sob F0 e Fv/Fm. Esse efeito está atribuído a maior dissipação da fluorescência pelas
moléculas de clorofilas, resultante do fluxo de energia da excitação dos elétrons aceitos pela
plastoquinona para o transporte entre PSII e PSI e, portanto, maior geração de ATP e NADPH
(DUMAS et al., 2016; RIVERO et al., 2010; TIKHONOV, 2013).
O qP e ETR apresentaram influências positivas pela presença de EBR, visto que esse
esteróide, aumenta as atividades de diversas proteínas vegetais como, a ferredoxina (Fd) e o
complexo citocromo b6f (cyt b6f) que apresentam o Fe como elemento estrutural e oferecem
importante atuação na PN (BLABY-HAAS; MERCHANT, 2013; HASAN; CRAMER, 2012).
O complexo cyt b6f promove junto com a plastocianina, a transferência de elétrons entre o PSII
e PSI, originando um gradiente de próton eletroquímico transmembranar para a síntese de ATP
(KIRCHHOFF et al., 2017; LÓPEZ-MILLÁN et al., 2013). A Fd contém um ou mais centros
de ferro e enxofre (Fe-S), que atua na doação de elétrons para a redução de NADPH+ em
NADPH através da catalisação da Fd-NADP(H) oxireductase (FNR) (BALK; LOBRÉAUX,
2005; SCHREIBER, 2017). Xia et al. (2009) avaliando fotossíntese e crescimento em plantas
de Cucumis sativus tratadas com 0.1 µM de EBR, reportaram acréscimos para ΦPSII e qP, assim
como encontrado nesta pesquisa.
Decréscimos nos valores NPQ, EXC e ETR/PN foram influenciados pela aplicação de
EBR em plantas deficientes de Fe. Isso sugere menor dissipação da energia de excitação em
forma de calor, associada ao rendimento quântico da fluorescência (BUONASERA et al.,
2011). A exposição das plantas ao EBR, sugere uma menor utilização de energia fotoquímica
em outros processos metabólicos, como a fotorrespiração e a reação de Mehler, representada
pela reação de fotorrespiração de O2 a O2- e ainda na assimilação de CO2 (KRUMOVA et al.,
2013; POCIECHA et al., 2017; SILVA et al., 2011).
O EBR ocasionou redução no EXC devido à diminuição da NPQ, esse efeito está
atribuído a menor excitação excessiva de fótons nas antenas do PSII, proporcionando maior
dissipação fotoquímica pelo aparato fotossintético (RIVERO et al., 2010). Esta decorrência
aumenta a capacidade de passagem de elétrons da QA para QB pelos centros de redução de QB
e, portanto, reduzindo a geração de centros não-redutores de QB ocasionados pela deficiência
de Fe, para posterior transferência ao complexo cyt b6f (KALAJI et al., 2016; SHU et al., 2016).
ETR/PN sofreu redução em plantas tratadas com o esteróide, indicando forte influência
sob as fluorescência da clorofilas e trocas gasosas (THUSSAGUNPANIT et al., 2015).
Reduções promovidas pelo EBR (100 nM) foram constatados para EXC e ETR/PN,
33
respectivamente, por Lima e Lobato (2017) ao estudar eficiência do PSII e trocas gasosas em
plantas de Vigna unguiculata expostas ao déficit hídrico.
5.2 Incrementos promovidos pelo EBR nas trocas gasosas em plantas sob deficiência de
Fe
Plantas submetidas a deficiência de Fe apresentaram prejuízos nas trocas gasosas,
contudo, a presença de EBR em plantas sob a Fe deficiente proporcionou acréscimos
significativos em PN, E, gs, WUE e PN/Ci de 38%, 12%, 16%, 22% e 61% respectivamente, e
redução de 13% em Ci, em relação as plantas sem EBR e expostas a deficiência de Fe (Tabela
2).
34
Tabela 2 – Trocas gasosas em plantas de soja pulverizadas com EBR e expostas à deficiência de Fe, Paragominas-PA, Brasil, 2017.
Tratamento PN (µmol m-2 s-1) E (mmol m-2 s-1) gs (mol m-2 s-1) Ci (µmol mol-1) WUE (µmol mmol–1) PN/Ci (µmol m-2 s-1 Pa-1)
_ EBR / Fe adequado 19.35 ± 0.65b 2.57 ± 0.25a 0.34 ± 0.02a 239 ± 12b 7.67 ± 0.60a 0.081 ± 0.005b
_ EBR / Fe deficiente 11.87 ± 0.34d 2.25 ± 0.16b 0.22 ± 0.02c 297 ± 17a 5.32 ± 0.53c 0.040 ± 0.003d
+ EBR / Fe adequado 20.79 ± 0.63a 2.60 ± 0.17a 0.34 ± 0.03a 216 ± 17c 8.01 ± 0.44a 0.097 ± 0.002a
+ EBR / Fe deficiente 16.46 ± 0.24c 2.53 ± 0.10a 0.26 ± 0.02b 258 ± 24b 6.52 ± 0.20b 0.065 ± 0.003c
PN = Taxa de fotossíntese líquida; E = Taxa de transpiração; gs = Condutância estomática; Ci = Concentração intercelular de CO2; WUE = Eficiência no uso da água; PN/Ci =
Eficiência na carboxilação instantânea. Colunas com letras diferentes indicam diferenças significativas pelo teste de Scott-Knott (P<0.05). Valores descritos correspondem as
médias de cinco repetições e desvios-padrão. Fonte: A autora, 2017.
35
O EBR mitigou os efeitos negativos sobre PN, E e gs em plantas sob deficiência de Fe.
Este esteróide reduziu os danos ao cloroplasto, ocasionados pela deficiência de Fe, devido a sua
contribuição na estrutura das lamelas estromais dos tilacóides (DOBRIKOVA et al., 2014;
YUAN et al., 2012). Esta influência promoveu aumento na regulação no PSI para atuação da
Fd-NADP (H) oxireductase (FNR) sobre a transferência de elétrons cíclicos do PSI via Fd para
formação de NADPH, influenciando em maior PN (GOSS; HANKE, 2014; RODRIGUEZ et al.,
2007). Shahid et al. (2011) detectaram aumento na PN em plantas de Pisum sativum tratadas
com 10 µM de EBR ao avaliarem crescimento e atenuação por estresse salino.
A E e gs apresentaram influências positivas pela presença de EBR. Esta contribuição
pode estar atribuída ao maior controle pelo EBR, na produção de ácido abscísico (ABA) e de
espécies reativas de oxigênio (ROS) que atuam na sinalização do ABA no mecanismo
estomático, aumentando a E e o fluxo de CO2, consequentemente, refletindo numa maior PN
(OGWENO et al., 2008; SHU et al., 2016). O EBR atuou também na absorção via radicular e
translocação de solutos, resultante da maior atividade da H+-ATPase e da Ferro Quelato-
Redutase na absorção de Fe, influenciando assim, na melhoria do mecanismo estomático
(FRÉDÉRIC et al., 2007; SONG et al., 2016). Wani et al. (2017) ao analisarem o metabolismo
do nitrogênio e sistema antioxidante em cultivares de Cicer arietinum, constataram acréscimo
na E quando pulverizadas com EBR a 100 nM, corroborando os dados desta pesquisa.
A pulverização de EBR atenuou as interferências negativas ocasionadas pela deficiência
de Fe sobre Ci. Esta diminuição está relacionada a aplicação de EBR melhorar os atributos
fotossintéticos (HASAN et al., 2013). O EBR contribui ainda na atividade da RuBisCo durante
a fixação de CO2 pelo ciclo de Calvin, no qual requer elétrons gerados fotossinteticamente para
reduzir NADP+ para NADPH (FILOVÁ et al., 2013; LI et al., 2016; POCIECHA et al., 2017).
O EBR promoveu acréscimo na WUE e este incremento pode ser atribuído ao aumento
da PN e E. A WUE é resultante da relação entre a PN e a E, associado ao mecanismo estomático
na regulação das trocas gasosas e uso da água e, portanto, melhorando a eficiência fotossintética
(BERTOLLI et al., 2012; KIM et al., 2012). Plantas tratadas com EBR (0.01 mg.L-1) obtiveram
aumento na PN/Ci, tal fato foi atribuído a forte influência que Ci sobre a atividade fotossintética
por Hu et al. (2013). Pesquisa desenvolvida por Farooq et al. (2009) avaliando trocas gasosas
em condições de estresse hídrico com Oryza sativa, verificaram melhorias da WUE após a
pulverização de EBR a 0.01 µM.
36
6 CONCLUSÕES
A pulverização dos BRs em plantas de soja, apresentou repercussões benéficas sobre a
eficiência quântica efetiva do PSII e dissipação fotoquímica e, consequentemente, promovendo
incrementos no transporte de elétrons entre PSII e PSI. Adicionalmente os BRs, contribuíram
no aumento da atividade das proteínas ferredoxina e complexo citocromo b6f para a geração de
ATP e NADPH, portanto, refletindo em maior taxa fotossintética.
Os BRs mitigou as influências negativas ocasionadas pela deficiência de Fe sobre a
fluorescência de clorofilas e trocas gasosas em plantas de soja. Portanto, a aplicação exógena
desse esteróide pode ser uma importante ferramenta para atenuar os efeitos da deficiência de
Fe em cultivo de soja.
37
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