tolerÂncia do feijÃo caupi À salinidade do solo
DESCRIPTION
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR Laboratório de Metabolismo do Estresse de Plantas. TOLERÂNCIA DO FEIJÃO CAUPI À SALINIDADE DO SOLO. Joaquim Albenísio Gomes da Silveira. VI RENAC, MAIO 2006. Solos salinos no mundo. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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 ([email protected])
• 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