Ursula Caroline Salvaterra Batista
Em 13 de dezembro de 2022, a aluna Úrsula Caroline Salvaterra Batista, do programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Pesquisas
Ambientais (IPA), bolsista CAPES, defendeu a dissertação de mestrado intitulada: “Respostas morfofisiológicas e metabólicas de Acanthostachys pitcairnioides(Mez) Rauh
& Barthlott (Bromeliaceae) ao déficit hídrico”. A banca examinadora foi presidida pela orientadora Marília Gaspar (IPA) e contou com a participação de Catarina Carvalho Nievola (IPA) e de Kleber Resende Silva (Instituto Tecnológico Vale). A defesa foi realizada no formato remoto/virtual, por meio da Plataforma Teams.
Respostas morfofisiológicas e metabólicas de Acanthostachys pitcairnioides (Mez) Rauh & Barthlott (Bromeliaceae) ao déficit hídrico
RESUMO
Alterações climáticas drásticas têm sido previstas para o final deste século, com um declínio de chuvas em diversas regiões do globo, e aumento na frequência e intensidade de eventos extremos, como a seca, em regiões tradicionalmente úmidas. A Mata Atlântica é um hotspot mundial que abriga um grande número de espécies vulneráveis e ameaçadas de extinção e seu contínuo desmatamento, associado às mudanças do clima, põe em risco a biodiversidade deste bioma. Mais de 70% das bromélias ocorrem na Mata Atlântica, dentre elas a espécie alvo deste estudo, Acanthostachys pitcairnioides, endêmica dessa região. A. pitcairnioides é uma bromélia epífita pertencente à subfamília Bromelioideae. Nas bromélias epífitas, as folhas são o principal meio de
obtenção e armazenamento de carbono, nutrientes e água, esta última na forma de neblina ou água da chuva. Embora A. pitcairnioides seja classificada como tendo metabolismo fotossintético do tipo C3, em função de análises de dC13 (Crayn et al. 2015), a espécie, além da proximidade filogenética com A. strobilaceae e outras bromélias CAM, apresenta características foliares de plantas suculentas e outras adaptações visando evitar a perda de água. Em função do aumento de secas intermitentes previsto pelo IPCC em seu ambiente natural de ocorrência, nós hipotetizamos que A. pitcairnioides apresente tolerância à seca e que o CAM seja um dos mecanismos induzidos nestas condições. Tendo em vista que a disponibilidade de água é o fator mais limitante para o crescimento e sobrevivência das epífitas, o presente estudo objetivou avaliar as respostas morfológicas, fisiológicas e metabólicas de A. pitcairnioides à seca, assim como as respostas de recuperação da espécie após a reidratação, simulando um evento extremo de seca com posterior ocorrência de chuva. Para tal, plantas cultivadas em casa de vegetação foram submetidas a 42 dias de seca por suspensão de rega, sendo reidratadas após esse período. Mesmo com a completa extinção da água do solo e queda do teor relativo de água da folha para 47%, a espécie foi capaz de tolerar o estresse hídrico imposto. A seca causou a plasmólise do parênquima aquífero, mas não do parênquima clorofiliano, sugerindo a ocorrência de um transporte de água entre esses tecidos, que preservou o aparato fotossintético e o metabolismo da planta. Queda significativa do potencial osmótico foliar foi observada somente no 42º dia de seca, que coincide com as concentrações aumentadas de importantes osmorreguladores, como sacarose, mio-inositol, galactinol, xilitol e prolina. O acúmulo de acidez titulável, de oxaloacetato e malato reforçam o metabolismo CAM
para a espécie, descrito anteriormente por análises de δ13C. Foi observada uma limitação fotoquímica à medida que a seca se tornou mais intensa, com diminuição do conteúdo de clorofilas, da máxima eficiência quântica do fotossistema II e da taxa de transporte de elétrons aos 42 dias. Entre 28 e 42 dias de seca, foi observado acúmulo de compostos antioxidantes, como carotenóides, ácidos graxos, ácido ascórbico e ácidos fenólicos. Embora os experimentos tenham sido conduzidos em casa de vegetação, a presença de diversas adaptações morfofisiológicas e a ativação de diferentes mecanismos de proteção indicam alta tolerância de A. pitcairnioides à seca e sugerem que a mesma seja capaz de se adaptar e sobreviver à intensificação de episódios de seca intermitente ao qual a espécie está sujeita em seu ambiente natural.
Palavras-chave: CAM; Epífita; Mata Atlântica; Osmorregulação; Seca
ABSTRACT
Drastic climate changes have been predicted for the end of this century, with a decline in rainfall in several regions of the globe, and an increase in the frequency and intensity of extreme events, such as drought, in traditionally humid regions. The Atlantic Forest is a global hotspot that is home to a large number of vulnerable and endangered species and its continuous deforestation, associated with climate change, puts the biodiversity of this biome at risk. More than 70% of bromeliads occur in the Atlantic Forest, among them the target species of this study, Acanthostachys pitcairnioides, endemic to this region. A. pitcairnioides is an epiphytic bromeliad belonging to the subfamily Bromelioideae. In epiphytic bromeliads, leaves are the main means of obtaining and
storing carbon, nutrients and water, the latter in the form of fog or rainwater. Although A. pitcairnioides is classified as having type C3 photosynthetic metabolism, based on dC13 analyzes (Crayn et al. 2015), the species, in addition to its phylogenetic proximity to A. strobilaceae and other CAM bromeliads, presents foliar characteristics of succulent plants and other adaptations aimed at preventing water loss. Due to the increase in intermittent droughts predicted by the IPCC in its natural environment, we hypothesize that A. pitcairnioides presents drought tolerance and that CAM is one of the mechanisms induced in these conditions. Considering that water availability is the factor more limiting for the growth and survival of epiphytes, the present study aimed to
evaluate the morphological, physiological and metabolic responses of A. pitcairnioides to drought, as well as the recovery responses of the species after rehydration, simulating an extreme drought event with subsequent occurrence Of rain. To this end, plants grown in a greenhouse were subjected to 42 days of drought by suspending irrigation, being rehydrated after this period. Even with the complete extinction of soil water and a drop in the relative water content of the leaf to 47%, the species was able to tolerate the water stress imposed. The drought caused plasmolysis of the aquifer parenchyma, but not of the chlorophyll parenchyma, suggesting the occurrence of water transport between these tissues, which preserved the photosynthetic apparatus and the plant’s metabolism. A significant drop in leaf osmotic potential was observed only on the 42nd day of drought, which coincides with increased concentrations of important osmoregulators, such as
sucrose, myo-inositol, galactinol, xylitol and proline. The accumulation of titratable acidity, oxaloacetate and malate reinforces the CAM metabolism for the species, previously described by δ13C analyses. A photochemical limitation was observed as the drought became more intense, with a decrease in the chlorophyll content, the maximum quantum efficiency of photosystem II and the electron transport rate at 42 days. Between 28 and 42 days of drought, an accumulation of antioxidant compounds was observed, such as carotenoids, fatty acids, ascorbic acid and phenolic acids. Although the experiments were conducted in a greenhouse, the presence of several morphophysiological adaptations and the activation of different protection mechanisms indicate high tolerance of A. pitcairnioides to drought and suggest that it is capable of adapting and surviving the intensification of episodes of intermittent drought to which the species is subject in its natural environment.
Keywords: Atlantic Forest; CAM; Drought; Epiphyte; Osmoregulation
Ursula Caroline Salvaterra Batista
Respostas morfofisiológicas e metabólicas de Acanthostachys pitcairnioides (Mez) Rauh & Barthlott (Bromeliaceae) ao déficit hídrico
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