Luciana Mollo
No dia 24 de fevereiro de 2017, a aluna do Curso de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica de São Paulo (IBt), Luciana Mollo (Bolsista de Doutorado do CNPq – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico), defendeu sua tese de doutorado intitulada “Avaliação de fatores fisiológicos envolvidos na adaptação à condição de déficit hídrico e alterações de temperatura em plantas da bromélia rupícola Alcantarea imperiallis (Carrière) Harms cultivadas in vitro”.
As espécies de plantas nativas de ambientes rupícolas são adaptadas à intensa amplitude térmica e episódios de seca, como é o caso da bromélia ornamental Alcantarea imperialis. Em estudos anteriores, verificou-se que a produção de carboidratos solúveis acumulados por essa espécie está associada à adaptação ao termoperíodo. Há estudos que mostram a ativação de outros processos fisiológicos nessa condição como a fotossíntese CAM, que também pode ser induzida por variações na disponibilidade hídrica. Embora esses dois fatores ambientais ocorram no ambiente rupícola, não foram encontrados relatos sobre a ocorrência de CAM na bromélia imperial. Este trabalho teve como objetivo investigar se A. imperialis tem potencial para desenvolver CAM em resposta à falta de água ou à amplitude térmica associada à falta de água, visto que as características anatômicas dessa bromélia são compatíveis ao funcionamento de plantas CAM (suculência devida ao parênquima aquífero). Visou também mostrar o envolvimento dos carboidratos nessa adaptação. As plantas de seis meses de idade, obtidas por germinação in vitro, foram transferidas para condições que simularam o termoperíodo (30ºC claro/15ºC escuro) e a temperatura constante (25ºC), em câmaras de germinação (tipo BOD). As plantas obtidas foram submetidas à análise de parâmetros que indicam a ocorrência de CAM, como a atividade de FosfoenolpiruvatoCarboxilase (PEPC) ao longo do ciclo diurno, conteúdo de ácidos orgânicos, bem como do teor de carboidratos durante o tempo de experimento, além da análise anatômica foliar que foi realizada para o tratamento de 45% de PEG (-8,5 MPa) em temperatura constante e termoperíodo, associando os fatores de mais intensa falta de água e alternância de temperatura. Os resultados mostraram folhas com espessura reduzida e células menos túrgidas na condição termoperiódica, indicando a perda de água no parênquima aquífero adaxial em relação às plantas mantidas na temperatura constante. Verificamos que A. imperialis é capaz de realizar a fotossíntese CAM sob termoperíodo associado à simulação de falta de água com utilização de PEG6000 (-1,9 MPa em 7,5% de PEG e -8,5 MPa em 45% de PEG) de modo a simular a falta de água. No entanto, uma condição de estresse moderada (-1,9 MPa) em temperaturas constantes, faz com que a planta acumule açúcares solúveis que podem aumentar a tolerância das plantas, possivelmente pelo ajuste osmótico. Apesar da diminuição da espessura do parênquima aquífero no tratamento indutor de CAM, essas plantas não apresentam diferenças significativas no conteúdo relativo hídrico foliar.
Avaliação de fatores fisiológicos envolvidos na adaptação à condição de déficit hídrico e alterações de temperatura em plantas da bromélia rupícola Alcantarea imperiallis (Carrière) Harms cultivadas in vitro
ABSTRACT
The plant species from rupiculous environment are adapted to the variations of temperature and the low water availability, as is the case of the ornamental species Alcantarea imperialis known as imperial bromeliad, originated from Serra dos Órgãos (RJ). They grow on rocky outcrops (inselbergs), shallow and stony soils, being exposed to temperature alternation that can range from 5 to 40 ºC in a single day, a situation that may or may not be associated with episodes of scarcity of water. It has been considered that the survival of the native plants of this environment is related to the activation of physiological mechanisms such as the production of carbohydrates for osmoprotection and also the induction of CAM photosynthetic pathway. However, analyses in adult plants of A. imperialis showed C3 metabolism, although they presented anatomical characteristics similar to CAM plants. It is possible to suppose that in conditions that associate the lack of water to the thermoperiod this species presents the CAM metabolism, especially in the early stages of development, when they do not present leaves that allow the accumulation of water, forming the tank. This paper aims to identify if occurs this metabolism in young plants of A. imperialis kept under reduced water availability, associated or not to the thermoperiod. In addition, anatomical analyses and carbohydrate content were evaluated in order to identify other morphological and functional characteristics of these plants that allow their survival in the required condition. The relative content of water in plant tissues was analysed, as well as photosynthetic pigments, soluble carbohydrate production, phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) enzyme activity, organic acid content and the anatomy of leaf of the A. imperialis cultivated in vitro under thermoperiod conditions (30 °C light / 15 °C dark), being compared to another batch of plants kept at constant 25 °C. Polyethylene glycol-6000 (PEG 6000) was added to both batches in order to simulate the effects of the lack of water of the environment (-1.9 MPa and -8.5 MPa), constituting independent treatments. The plants were obtained by seed germination inside Murashigue & Skoog (1962) culture medium with a concentration of macronutrients reduced to half, 30 g L-1 sucrose and 7 g L-1 agar. After 6 months, the plants were transferred to the same medium, without agar and with PEG at concentrations of 7.5% (-1.9 MPa) and 45% (-8.5 MPa) plus another batch of plants kept without PEG (-0.5 MPa). The plants were collected for the analyses, in periods that varied between 7, 15 and 30 days after the transference to the treatments. The results demonstrated that this species can present CAM metabolism at constant temperature of 25 ºC and submitted to lack of water (-8.5 MPa). However, in the treatments that associated the lack of water to the thermoperiod, this metabolism was induced even under moderate stress (-1.9 MPa). The anatomical analyses pointed to the aquiferous parenchyma as important in water storage, since this bromeliad maintained its water content in every stress situation. The increase of soluble carbohydrates was related either to lack of water or to the thermoperiod, confirming the osmoprotective role of these substances for this bromeliad species identified in a previous study. This study contributes to identify the plasticity of CAM related to temperature and lack of water, revealing the importance of this physiological mechanism for the resistance to environmental changes of a bromeliad rupiculous.
Keywords: water availability, thermoperiod, CAM, osmoprotection, aquiferous parenchyma
RESUMO
As espécies de plantas do ambiente rupícola são adaptadas às variações de temperatura e à baixa disponibilidade hídrica, como é o caso da espécie ornamental Alcantarea imperialis conhecida como bromélia imperial, oriunda da Serra dos Órgãos (RJ). Cresce sobre afloramentos rochosos (inselbergues), solos rasos e pedregosos, sendo exposta a alternância de temperatura que pode variar de 5 a 40 ºC em um único dia, situação que pode estar associada ou não a episódios de escassez de água. Tem sido considerado que a sobrevivência das plantas nativas desse ambiente está relacionada à ativação de mecanismos fisiológicos como, por exemplo, a produção de carboidratos para a osmoproteção e também a indução da via fotossintética CAM. Contudo, análises em plantas adultas de A. imperialis mostraram que realizam metabolismo C3, embora apresentassem características anatômicas semelhantes às plantas CAM. É possível supor que em condições que associem a falta de água ao termoperíodo essa espécie apresente o metabolismo CAM, sobretudo nas fases iniciais de desenvolvimento, quando não apresentam folhas que permitam o acúmulo de água, formando o tanque. O objetivo deste trabalho é identificar se há presença desse metabolismo em plantas jovens de A. imperialis mantidas sob reduzida disponibilidade hídrica associada ou não ao termoperíodo. Adicionalmente foram realizadas análises anatômicas e avaliados o conteúdo de carboidratos de modo a identificar outras características morfológicas e funcionais dessas plantas que permitam a sobrevivência na condição imposta. Foi analisado o conteúdo relativo de água nos tecidos vegetais, pigmentos fotossintéticos, produção de carboidratos solúveis, a atividade da enzima fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC), conteúdo de ácidos orgânicos e anatomia das folhas de plantas de A. imperialis cultivadas in vitro sob condições de termoperíodo (30 ºC claro/ 15 ºC escuro), sendo comparadas a outro lote de plantas mantidas a 25 ºC constantes. Aos dois lotes foi adicionado Polietilenoglicol – 6000 (PEG 6000) de modo a simular os efeitos da falta de água do ambiente (-1,9 MPa e -8,5 MPa), constituindo tratamentos independentes. As plantas foram obtidas através da germinação de sementes em meio de cultura de Murashigue & Skoog (1962) com concentração de macronutrientes reduzida a metade, 30 g L-1 de sacarose e 7 g L-1 de Agar. Após 6 meses, as plantas foram transferidas para o mesmo meio, sem Agar e com PEG em concentrações de 7,5% (-1,9 MPa) e 45% (-8,5 MPa) além de outro lote de plantas mantido sem PEG (-0,5 MPa). As plantas foram coletadas para as análises, em períodos que variaram entre 7, 15 e 30 dias após a transferência para os tratamentos. Os resultados demonstraram que esta espécie pode apresentar o metabolismo CAM em temperatura constante de 25 ºC e submetida à falta de água (-8,5 MPa). Contudo, nos tratamentos que se associou a falta de água ao termoperíodo, esse metabolismo foi induzido mesmo sob estresse moderado (-1,9 MPa). As análises anatômicas apontam para o parênquima aquífero como importante no armazenamento de água, visto que essa bromélia manteve seu conteúdo hídrico mesmo em todas as situações de estresse. O aumento de carboidratos solúveis esteve relacionado tanto à falta de água como ao termoperíodo, confirmando o papel osmoprotetor dessas substâncias para essa espécie de bromélia, identificado em estudo anterior. Este estudo contribui para identificar a plasticidade de CAM relacionada à temperatura e falta de água, revelando a importância deste mecanismo fisiológico para a resistência de uma bromélia rupícola às alterações ambientais.
Palavras-chave: disponibilidade hídrica, termoperíodo, CAM, osmoproteção, parênquima aquífero
Luciana Mollo
Avaliação de fatores fisiológicos envolvidos na adaptação à condição de déficit hídrico e alterações de temperatura em plantas da bromélia rupícola Alcantarea imperiallis (Carrière) Harms cultivadas in vitro
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