Francine Faia Fernandes
Nesta Tese, buscou-se levantar a morfologia externa e a anatomia de lâminas foliares (referidas como características morfo-anatômicas) e os padrões de respostas no mesofilo (referidas como marcadores microscópicos), para indicar o nível potencial de aclimatação (tolerância) e suscetibilidade (sensibilidade) de três grupos funcionais (espécies arbóreas pioneiras, arbóreas não pioneiras e lianas) a múltiplos fatores de estresse ambiental (climáticos e/ou poluição atmosférica).
Para tanto, efetuamos as análises em lâminas foliares com técnicas simples (área foliar, peso seco, peso fresco e conteúdo de água) e microscopia de luz de vinte e duas espécies arbóreas nativas (pioneiras vs não pioneiras) de ocorrência em diferentes remanescentes florestais localizados no sudeste do Brasil (São Paulo e Minas Gerais), que diferem entre si pela fisionomia florestal e composição das espécies vegetais devido às suas condições climáticas naturais e à proximidade de fontes de poluição poluentes. Além disso, a microscopia de luz e microscopia confocal foram utilizadas para avaliar as repostas de indivíduos jovens de uma espécie de liana, após um experimento controlado com ozônio (O3), realizado na Itália, sob a supervisão do Dra Elena Paoletti do Institute for Sustainable Plant Protection/National Research Council of Italy.
As análises permitiram distinguir o nível de tolerância dos três grupos funcionais estudados e as estratégias usadas pelas plantas para lidar com o estresse ambiental, colocando a anatomia como peça fundamental em estudos que buscam modelos de respostas em biomas com alta biodiversidade, como o caso da Floresta Atlântica.
Características morfo-anatômicas foliares funcionais e respostas estruturais de diferentes grupos funcionais da Floresta Atlântica a distúrbios ambientais
ABSTRACT
The Atlantic Rain Forest has been affected by air pollutants and climatic abnormalities. The interaction among different stressors under natural conditions might promote synergistic effects or cross-resistance in plants, which determined the ability or inability of a given species to tolerate the oxidative stress. However, the stablishment of ecosystemic patterns in this Brazilian biome based on the potential acclimation (tolerance) and susceptibility (intolerance) to oxidative stress of its native plant species is hampered by its high biodiversity. Therefore, this thesis applies an ecosystemic approach, in which the morpho-anatomical leaf traits and structural responses (here referred as microscopic markers) of species belonging to three functional groups of the Atlantic Forest (pioneer and non-pioneer tree species and lianas) were studied. In this regard, two experimental steps were performed: (1) tree species were selected and studied in forest remnants located in southeast Brazil. These forest remnants are adapted to different climatic and edaphic conditions and have also been affected by atmospheric pollutants emitted by different anthropic sources; (2) Passiflora edulis (Passifloreaceae), a liana species, was submitted to ozone in a FACE (Free-Air Controlled Exposure) system.We concluded that pioneer tree species have compact mesophyll and high trichome density, which restrict or avoid the effects of oxidative stress posed by natural (e.g. high solar radiation and vapor pressure deficit) and anthropic (e.g. gaseous and particulate pollutants and climatic changes) stressors. Therefore, pioneer species are more tolerant than non-pioneer species. In addiction, the representative species of each funtional group (pioneer vs non-pioneer tree species) were clustered with basis on their morpho-anatomical leaf traits, emerging groups of species with distinct potenctial tolerance levels to oxidative stress (results included in Chapter 1). Further, the tolerance level to oxidative stress was validated in the mentioned grups of tree species (tolerant, intermidiate and sensitive species) by using microscopic markers. Species lower potential of tolerance to environmental stress showed greater variety of microscopic markers in mesophyll, such as wart-like protrusion, plasmolysis of cells, plasma membrane changes and fragmentation of the central vacuole in numerous small vesicles. The tolerant species showed microscopic markers that are indicators of increased resistance against oxidative stress, such as hypertrophy of mesophyll cells and accumulation of phenolic glycosides in the apoplast (results included in Chapter 2). Finally, P. edulis showed also to be tolerant to oxidative stress because, in the presence of ozone, plants responded with accelerated senescence to avoid the propagation of damage, structural responses and increase of constitutive defense compounds. These responses show a higher ability of plants to acclimate to oxidative stress (results included in Chapter 3). This thesis highlights the importance of plant anatomy to describe patterns of plant responses and new insights about the plasticity of different plant species to environmental oxidative pressure.
Keywords: environmental filters, foliar anatomy, foliar morphology, microscopic markers, oxidative burst
RESUMO
A Floresta Atlântica vem sendo alvo de perturbações causadas por poluentes atmosféricos e anormalidades climáticas. A interação entre diferentes estressores sob condições naturais pode promover efeitos sinérgicos nas plantas, respostas estas associadas à capacidade de dada espécie tolerar o estresse oxidativo. Entretanto, a definição de padrões de respostas ecossistêmicas nesse bioma brasileiro com base no potencial de aclimatação (tolerância) e suscetibilidade (sensibilidade) ao estresse oxidativo de suas espécies nativas é dificultada devido à sua alta biodiversidade. Assim, a presente tese utiliza como alternativa uma abordagem ecossistêmica, na qual as características morfo-anatômicas e as respostas estruturais (referidas como marcadores microscópicos) foliares de espécies representativas de três grupos funcionais da Floresta Atlântica (espécies arbóreas pioneiras, arbóreas não pioneiras e lianas) foram estudadas. Para tanto, duas etapas experimentais foram realizadas: (1) espécies arbóreas foram selecionadas e estudadas em remanescentes florestais localizados no sudeste do Brasil. Esses remanescentes florestais estão adaptados a diferentes condições climáticas e edáficas e também têm sido afetados por poluentes atmosféricos emitidos por diferentes fontes antrópicas; (2) Passiflora edulis (Passifloreaceae), espécie de liana, foi submetida ao ozônio em sistema FACE (Free-Air Controlled Exposure). Notou-se que, espécies arbóreas pioneiras possuem mesofilo mais compacto e maior densidade de tricomas, o que restringe ou evita os efeitos do estresse oxidativo causados por fatores de estresse naturais (por exemplo, alta radiação solar e déficit de pressão de vapor) e antrópicos (por exemplo, poluentes gasosos e particulados e mudanças climáticas), e, portanto, são potencialmente mais tolerantes que as espécies arbóreas não pioneiras. Ainda, as espécies representativas de cada grupo funcional (pioneira vs espécies arbóreas não pioneiras) foram agrupadas com base nas caracteristicas morfo-anatômicas funcionais foliares, as quais indicaram os níveis de potencial tolerância das espécies ao estresse oxidative (resultados apresentados no capítulo 1). Posteriomente, o nível de tolerância ao estresse oxidativo das espécies (espécies tolerantes, intermediárias e sensíveis) foi validado com base nos marcadores microscópicos encontrados. Espécies com menor potencial de tolerância apresentaram maior variedade desses marcadores no mesofilo, tais como: protrusões de parede, celulas parenquimáticas plasmolisadas, alterações na membrana celular e fragmentação do vacúolo em pequenas vesículas. As espécies potencialmente tolerantes, por sua vez, mostraram marcadores microscópicos indicadores de aumento de resistência ao estresse oxidativo, como hipertrofia de células do mesofilo e acúmulo de fenólicos glicosilados no apoplasto (resultados apresentados no capítulo 2). Por fim, P. edulis mostrou-se também tolerante ao estresse oxidativo, uma vez que, na presença do ozônio, respondeu com senescência acelerada para evitar a propagação de danos, respostas estruturais e aumento dos compostos de defesa constitutiva. Tais respostas permitiram a aclimatação das plantas ao estresse oxidativo (resultados apresentados no capítulo 3). Esta tese enfatiza a impotância da anatomia para encontrar padrões de respostas das plantas e permitiu novos insights quanto a plasticidade de respostas das plantas à pressão oxidativa ambiental.
Palavras-chave: anatomia foliar, estresse oxidativo, filtros ambientais, marcadores miscoscópicos, morfologia foliar
Francine Faia Fernandes
Características morfo-anatômicas foliares funcionais e respostas estruturais de diferentes grupos funcionais da Floresta Atlântica a distúrbios ambientais
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