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
•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 semiárida
Solos sódicos (20-5%)
Ministério do Meio Ambiente (2003)
Solos salinos
Salinização 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




UM POUCO DA TEORIA DO ESTRESSE......
Fonte: Bray et al., 2000
AS PLANTAS TENTAM SE AJUSTAR AO
ESTRESSE DE DIFERENTES MANEIRAS........
Mecanismos
•Genéticos
•Moleculares
•Morfológicos
•Fisiológicos
Transientes
(Metabólicas)
Permanentes
(Genéticas)
Aclimatação
Adaptação
Resistência
Tolerância
EXISTE UM PARADIGMA........
(Fonte: Buchanan et al., 2000)
Mecanismos de resposta aos estresses hídrico e salino
Zhu, 2002
Mecanismos gerais da resistência ao
estresse salino
1. Evitar os íons salinos externos → ↓absorção
2.
3.
4.
5.
↓crescimento
Evitar os íons salinos no citosol → ↑
compartimentalização vacuolar
Absorver íons e crescer → ↑resistência celular
Manter homoestase iônica, osmótica e
metabólica
Manter estado hídrico favorável → ↑
condutividade hidráulica ↑ resistência estomática
↑ sistema radicular
Absorção de K+ e Na+
Membrana Plasmática
SOS1
AKT1-Baixa-afinidade K+
NORK-Sensível a voltagem
HKT1-Alta-afinidade K+
VIC-Insensível a voltagem
Apse, 2000
Compartimentalização de Na+ em vacúolos
Tonoplasto
NHX1
NHX1 – promove a compartimentalização do Na+ no vacúolo
Maathuis, 1999
Homoestase iônica
Durante o estresse salino
- Redução na absorção de K+
- Aumento no influxo de Na+
Serrano, 2001
Influxo e compartimentalização de Na+
Na+
H+
Maathuis, 1999
Mecanismos da Percepção, transdução e eliminação do Na+
Fonte; Zhu 2003.
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
Tempo 0
36 horas
48 horas
Seleção de cultivares em substrato sólido
Resposta a 100 mM
Perola
Pitiúba
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
Pré-tratadas com
naCl 100 mM 48h
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
NaCl+seca
2cm
seca
controle
2cm
2cm
NaCl+ H 2O
2cm
Efeito do NaCl na germinação e acumulação de Na+
% GERM
IVG
12 0
10
10 0
8
80
IVG
%
6
60
4
40
pitiuba
20
2
peróla
0
0
0
25
50
75
100
0
25
50
NaCl (mM)
75
100
NaCl (m M)
Na + (4 DAS) - Eixo
Na + (4 DAS) - Cot
15 0
40
12 0
30
90
mM
mM
50
20
60
10
30
0
0
0
25
50
NaCl (mM)
75
100
0
25
50
NaCl (mM)
75
100
Mobilização de reservas para o estabelecimento da
plântula e partição de Na+
Na + (8 DAS) - Folha
Na + (8 DAS) - Raiz
15 0
40
12 0
30
90
mM
mM
50
20
60
pitiuba
10
pitiuba
30
peróla
0
peróla
0
0
25
50
NaCl (m M)
75
100
0
25
50
NaCl (m M)
75
100
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
A
Pérola
Controle
Pitiúba
Controle
Pérola
NaCl 100mM
Pitiúba
NaCl 100mM
200 mM
recup.
cont
Efeito de NaCl 100 mM no crescimento
PITIUBA
PERÓLA
40
y = 6.02x + 5.12
R2 = 0.9681 (C)
30
gMS/planta
gMS/planta
30
40
20
y = 2.15x + 10.13
R2 = 0.9593 (NaCl)
10
y = 1.76x + 11.46
R2 = 0.9299 (NaCl)
0
0
2
4
6
8
0
30
30
24
24
y = 4.769x + 1.715
R2 = 0.962 (C)
g/planta
g/planta
20
10
0
18
y = 5.66x + 6.02
R2 = 0.9634 (C)
12
18
2
4
6
8
y = 3.875x + 2.565
R2 = 0.9745 (C)
12
y = 2.064x + 5.776
R2 = 0.9866 (NaCl)
6
6
0
y = 0.74x + 6.78
R2 = 0.9779 (NaCl)
0
0
2
4
6
DIAS DE TRATAMENTO
8
0
2
4
6
DIAS DE TRATAMENTO
8
Partição de Na+
+
Na+ FOLHA - PER
mmol/kg MS
Na FOLHA - PIT
200
200
150
150
100
100
50
50
controle
100 mM
0
0
2
4
DAT
Polinômio
6
8
(controle)
Linear (100
mM)
0
0
2
6
8
6
8
RAIZ - PER
RAIZ - PIT
mmol/kg MS
4
DAT
600
600
450
450
300
300
150
150
0
0
0
2
4
DAT
6
8
0
2
4
DAT
Partição de ClFOLHA - PIT
FOLHA - PER
1000
1000
800
800
controle
mmol/g MS
mmol/g MS
100 mM
600
400
200
Polinômio
(controle)
Polinômio
(100 mM)
600
400
200
0
0
0
2
4
6
8
0
DIAS DE TRATAMENTO
2
6
8
DIAS DE TRATAMENTO
RAIZ - PIT
RAIZ - PER
300
300
250
250
200
200
mmol/g MS
mmol / gMS
4
150
150
100
100
50
50
0
0
controle
100 mM
0
2
4
6
DIAS DE TRATAMENTO
8
0
Polinômio
8
(controle)
DIAS DE TRATAMENTOPolinômio
(100 mM)
2
4
6
Efeitos do NaCl sobre processos
bioquímicos e fisiológicos chaves:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Fotossíntese
Relações hídricas
Assimilação do N
Fixação de N2
Estresse Oxidativo
Homoestase iônica (seletividade Na+/K+)
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
Crescimento - 21 DAT
parte aérea
30
10 0
raiz
controle
24
80
1
g MS planta-
1
g MS planta-
50 m M
18
12
6
60
40
20
0
0
0
25
50
75
100
7
14
NaCl (m M)
28
35
75
100
DAS (dias)
Condutância e Fotossíntese (7 DAT)
Estado Hídrico
0
12 0
0
25
50
NaCl (m M)
10 0
- 0.25
80
Ψ (MPA)
% do controle
21
60
- 0.5
40
gs
20
- 0.75
A
Ψw
0
0
25
50
NaCl (m M)
75
100
Ψs
-1
Eficiência fotoquímica, assimilação de
nitrato e fixação de N2
Conteúdo de Clorofilas
12 0
12 0
10 0
10 0
% do controle
% do controle
Fluorescência da Clorofila
80
60
Fv/Fm
Fo
40
20
80
60
a
b
40
20
0
0
0
2
4
6
8
0
2
4
DAT (dias)
6
8
Fixação de N2
12 0
12 0
10 0
10 0
% do controle
% do controle
8
DAT (dias)
Assimilação de N
80
60
RN
abs NO3
40
6
20
80
60
RN
Fix N2
40
20
0
0
0
2
4
DAT (dias)
6
8
0
2
4
DAT (dias)
Resposta oxidativa induzida por NaCl
Estresse Oxidativo
Peroxidases de fenol
200
300
240
% do controle
% do controle
15 0
10 0
50
raiz
18 0
12 0
60
folha
0
0
0
2
4
6
8
0
2
DAT (dias)
6
8
DAT (dias)
Catalase
Peroxidase de Ascorbato
12 0
15 0
10 0
12 0
% do controle
% do controle
4
80
60
40
90
60
raiz
30
20
folha
0
0
0
2
4
DAT (dias)
6
8
0
2
4
DAT (dias)
6
8
Atividade de SOD e concentração de H2O2
ROOT - SOD
300
240
150
% of control
% of control
ROOT - H2O2
200
180
120
drought
60
50
NaCl/drought
0
0
12
24
Hours
36
100
48
0
0
12
24
Hours
36
48
Atividades de POX e APX
ROOT - POX
300
250
200
200
% of control
% of control
ROOT - APX
250
150
100
150
100
drought
50
NaCl/drought
0
0
12
24
Hours
36
48
50
0
0
12
24
Hours
36
48
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
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Prof. Dr. Joaquim Albenísio Gomes da Silveira –
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
Bolsista
de