Universidade do Minho
Escola de Ciências
Ricardo Filipe Duarte da Cruz
Indução e Recuperação do Stresse
Stresse Hídrico
em
Variedades Portuguesas de Milho
Setembro de 2006
Universidade do Minho
Escola de Ciências
Ricardo Filipe Duarte da Cruz
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico
em
Variedades Portuguesas de Milho
Tese de Mestrado
Biologia do Stresse em Plantas
Trabalho efectuado sob a orientação de
Professor Doutor Jorge Marques da Silva
Professora
Professora Doutora Ana Cunha
Setembro de 2006
É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA TESE
APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE
DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE
COMPROMETE.
“Have courage for the great sorrows of life and patience for the small ones;
and when you have laboriously accomplished your daily task,
go to sleep in peace.
God is awake.”
Victor Hugo (1802 - 1885)
Agradecimentos
Agradecimentos
Ao Professor Jorge Marques Silva por me ter sugerido o tema deste trabalho, e me ter
acolhido prontamente na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Agradeço-lhe
também a liberdade que me permitiu ao longo do trabalho e a discussão dos problemas que
foram surgindo. Agradeço-lhe ainda a leitura cuidadosa e com espírito crítico do presente
manuscrito.
À Professora Ana Cunha pela disponibilidade e pelo acompanhamento ao longo de
todo o trabalho, em especial o realizado na Universidade do Minho. Agradeço-lhe também
pela leitura cuidadosa e crítica do presente manuscrito.
Ao Professor Pedro Fevereiro e ao Engenheiro Silas Pego pelo apoio ao projecto e o
auxílio na obtenção das sementes.
À Professora Anabela Bernardes da Silva pelo auxílio prestado na determinação das
actividades da PEPC e EM-NADP.
À Professora Celeste Arrabaça pelo auxílio prestado na determinação das actividades
da RuBisCO.
Ao Banco Português de Germoplasma Vegetal, Braga, pelas sementes das diferentes
variedades portuguesas de milho.
À Ana Elisabete, à Ana Sofia, à Elsa Elias e ao André Costa pela ajuda imprescindível
que me ofereceram ao longo de todo o trabalho, quer na utilização dos aparelhos, quer na
metodologia aplicada. Também quero agradecer-lhes a amizade e o apoio ao longo do
trabalho.
À Alexandra Marques pela discussão dos problemas que foram surgindo, pela amizade
e apoio que demonstrou.
À Cátia Nunes pela ajuda preciosa na quantificação dos aminoácidos livres e prolina,
na Universidade do Minho.
À funcionária Manuela Lucas pela ajuda preciosa, pela amizade e apoio que sempre
demonstrou.
A todos os docentes da Secção de Fisiologia e Bioquímica Vegetais pelo ambiente e
apoio que demonstraram ao longo do trabalho.
Agradeço à minha família, à Leonor e a todos os meus amigos pelo apoio nos momentos de
maior dificuldade.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
I
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
II
Resumo
Resumo
Este trabalho teve como objectivo geral, na primeira fase, caracterizar as estratégias de
resposta ao stresse hídrico, com ênfase no metabolismo fotossintético, em seis variedades
portuguesas de milho (Zea mays L.) e, na segunda fase, aprofundar o conhecimento sobre o
comportamento fisiológico das duas variedades com respostas mais contrastantes. Utilizaramse dois sistemas de indução de stress, um rápido e um lento, e recorreu-se, na primeira fase, à
medição das trocas gasosas através da análise de gases por radiação infra-vermelha e de
fluorescência modulada da clorofila a. Nas duas variedades seleccionadas para a segunda
fase, estudou-se adicionalmente a resposta do aparelho fotossintético ao stress hídrico sob
diferentes regimes de PPFD e diferentes concentrações de CO2. Analisaram-se também as
actividades das principais enzimas do metabolismo fotossintético (RuBisCO, PEPC, EMNADP) e a variação do teor em prolina.
Nos ensaios de indução lenta do stresse ocorreu uma diminuição de todos os
parâmetros de trocas gasosas (A, E, gs, WUE) nas seis variedades. Destacaram-se as
variedades PB260 e PB269, como aquelas onde os parâmetros sofreram uma diminuição
progressiva e mais lenta, e a variedade PB369, onde os efeitos negativos do stresse hídrico se
fizeram sentir de forma mais abrupta, com uma diminuição rápida dos valores. As variedades
recuperaram os valores iniciais da maioria dos parâmetros após irrigação, exceptuando-se a
variedade PB369 cuja recuperação se deu de forma mais lenta. Nos ensaios de fluorescência
da clorofila a, verificou-se uma diminuição de vários parâmetros (Fv/Fm, ΦPSII, qP, ETR) ao
longo do stresse lento e do stresse rápido. Por outro lado, qN aumentou em todas as
variedades, à excepção de PB269, na qual não variou. Comparando os ensaios dos dois tipos
de stresse, verificou-se que os parâmetros fisiológicos que diminuíram o fizeram de forma
mais marcante no stresse rápido, em todas as variedades. As variedades PB269 e PB369
foram seleccionadas como sendo a mais e a menos tolerante ao stresse hídrico,
respectivamente.
A partir das determinações dos potenciais hídricos constatou-se que a variedade
PB269 conseguiu manter um potencial hídrico mais elevado do que a variedade PB369 em
condições de stresse hídrico semelhantes e que possui uma parede celular mais elástica,
permitindo a manutenção da turgescência até THR mais baixos apresentando-se esta como
uma boa estratégia de tolerância ao stresse hídrico.
Através da decomposição do parâmetro de fluorescência qN, verificou-se que houve
um aumento de qE com a intensificação do stresse hídrico, na variedade PB369. Por outro
lado, na variedade PB269 houve a manutenção deste parâmetro até THR de cerca de 50%,
indicando uma maior capacidade de manter activos os processos fotossintéticos sem recorrer a
processos de amortecimento não-fotoquímicos.
Nos ensaios enzimáticos, observou-se que em ambas as variedades houve diminuição
das actividades enzimáticas da RUBISCO, PEPC e EM-NADP com a diminuição do THR,
nos ensaios de stresse lento. Contudo, nos ensaios de stresse rápido tal diminuição só
aconteceu na RUBISCO, mantendo-se as actividades das outras enzimas constantes.
Os dados parecem indicar que ambas as variedades possuem uma reserva de prolina
que poderá ter sido rapidamente mobilizada no período de recuperação do stresse,
principalmente na variedade PB269.
No seu conjunto, os resultados obtidos parecem mostrar que existe um espectro
alargado de respostas fisiológicas face ao stresse hídrico que, a ter uma base genética de
elevada hereditabilidade e estabilidade, poderão constituir uma base de selecção em futuros
programas de melhoramento.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
III
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
IV
Abstract
Induction and Recovery of Water Stress in
Portuguese Maize Cultivars
Abstract
This work aims for the identification of several aspects of water stress physiological
response strategies in different Portuguese maize cultivars (Zea mays L.), in a first stage, and
expand the knowledge of the most tolerant and less tolerant cultivars physiological responses
to water stress. The responses were studied under two water stresse regimes – slow stress and
rapid stress – relevant in field conditions, and in the recovery process after irrigation. In the
first part of the work, a preliminary characterization of six cultivars was made measuring gas
exchange with an infrared gas analyser and chlorophyll a fluorescence. In the second part of
the work, a deeper characterization of those two cultivars was made through the study of
water relations and photosynthetic metabolism under different PPFD and external CO2
conditions, the enzymatic activities (RuBisCO, PEPC, NADP-ME) and proline content
variation.
In slow stress, all the parameters of gas exchange (A, E, gs, WUE) suffered a reduction
in all six cultivars. In PB260 and PB269, the reduction was made in a slower progressive way,
and, in contrast, in PB369 the parameters declined abruptly. In general, the parameters
recovered upon irrigation, with the exception of PB369, in which the recovery was slower. In
rapid stress, the parameters responded in a similar but very fast way. PB369 was the only
cultivar with a slower response. Chlorophyll fluorescence parameters (Fv/Fm, ΦPSII, qP, ETR)
suffered a decrease, in slow and rapid stress. On the other hand, qN increased in all cultivars,
with the exception of PB269, in which it maintained its values. Comparing slow and rapid
stress, the parameters decreased faster in rapid stress, in all cultivars. PB269 and PB369 were
selected as the cultivars more and less tolerant to water stress.
PB269 is able to maintain higher leaf water potential under water stress and as a more
elastic cell wall that allows it to maintain turgescence at lower RWC, resulting in a good
tolerance strategy to water stress.
The decomposition of the qN fluorescence parameter, showed a rise of the qE
component, in PB369, with increased water stress. PB269 maintained this parameter to a
RWC of 50%, indicating a suitable photosynthesis without activating major nonphotochemical quenching processes.
On the enzymatic assays, there was a decrease in the activities of RUBISCO, PEPC
and NADP-ME, with RWC decrease, in slow stress. However, in rapid stress this decrease
only occurred in RUBISCO.
Both cultivars appear to have a proline reserve that could be easily mobilised during
recovery, especially in PB269.
The data presented in this work appears to indicate the existence of a wide spectrum of
physiological responses to water stress that, having a highly hereditable and stable genetic
background, can establish the basis of future plant breeding programs.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
V
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
VI
Índice
Índice
Agradecimentos ………………………………………………………………………………………………….. I
Resumo ………………………………………………………………………………………………….……... III
Abstract ………………………………………………………………………………………………….…….... V
Índice ………………………………………………………………………...………………………………... VII
Símbolos e Abreviaturas …………………………………………………………………………………….... IX
p
1. Objectivos e Abordagem do Problema ……………………………………………………………………… 1
p
2. Introdução Geral ............................................................................................................................................... 3
2.1. Descrição Botânica do Milho .……………..………………...….……………………………………….…. 3
2.2. O Milho na Economia Mundial e em Portugal ……………....…..……………….…………………….…… 4
2.3. Relações Hídricas em Plantas ……………………………………………………………………………….. 4
2.4. Stresse Hídrico nas Plantas ………………………………………………………………………………….. 6
2.4.1. Aspectos Gerais ……………...…………………………………………………………………………….. 6
2.4.2. Respostas Estomáticas ao Stresse Hídrico ……………………………………………………………….... 8
2.4.3. Metabolismo do Carbono e Efeitos do Stresse Hídrico na Fotossíntese ………………………………...… 9
2.5. Estratégias de Sobrevivência à Seca ……………………………………………………………………….. 14
2.5.1. Aspectos Gerais ……...………………………………………………………………………………….... 14
2.5.2. Modificações Anatómicas, Morfológicas e Metabólicas na Resposta ao Stresse Hídrico …………….…. 15
2.5.3. Solutos Compatíveis e Ajustamento Osmótico …………………………………………………………... 19
2.6. Técnicas de Melhoramento e Selecção para Tolerância ao Stresse Hídrico ……………...……...………… 24
p
3. Metodologia Geral ……………………………………………………………………………………..……. 29
3.1. Material Vegetal ……………………………………………………………………………………………. 29
3.2. Indução do Stresse Hídrico ………………………………………………………………………..……….. 30
3.3. Relações Hídricas ………………………………………………………………………………………...… 30
3.3.1. Determinação do Teor Hídrico Relativo da Folha …………………………………………….………… 30
3.3.2. Determinação do Teor Hídrico do Solo ………………………………………………………………….. 31
3.4. Medição das Trocas Gasosas por Análise de Gases por Radiação Infra-Vermelha (IRGA) …...………….. 31
3.5. Medição da Fluorescência Modulada da Clorofila a …………...……………………...………..…………. 33
3.6. Medição da Libertação de O2 ………………………………………………………………………………. 36
3.7. Medição de Actividades Enzimáticas …………………………………………………………………….... 37
3.8. Análise Estatística ………………………………………………………………………………………….. 37
p
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho …………………………………. 39
4.1. Introdução …………………………………………………………………………………………………... 39
4.2. Metodologia ………………………………………………………………………………………………... 39
4.2.1. Material Vegetal …………………………………………………………………………………………. 39
4.2.2. Relações Hídricas ………………………………………………………………………………………… 39
4.2.3. Medição das Trocas Gasosas …………………………………………………………………………….. 39
4.2.4. Medição da Fluorescência Modulada da Clorofila a …………………………………………………..… 41
4.3. Resultados e Discussão …………………………………………………………………………………..… 42
4.3.1. Relações Hídricas ……………………………………………………………………………………….... 42
4.3.2. Trocas Gasosas ………………………………………………………………………………………...…. 47
4.3.2.1. Stresse Lento ………………………………………………………………………………………….... 48
4.3.2.2. Stresse Rápido ………………………………………………………………………………………….. 59
4.3.3. Fluorescência Modulada da Clorofila a ………………………………………………………………….. 68
4.3.3.1. Stresse Lento ………………………………………………………………………………………….... 68
4.3.3.2. Stresse Rápido ……………………………………………………………………………………….…. 75
4.4. Conclusões ……………………………………...………………………………………………………….. 83
4.4.1. Conclusões das Trocas Gasosas ………...………………………………………………………………... 83
4.4.2. Conclusões da Fluorescência Modulada da Clorofila a ………………………...………………………... 83
4.4.3. Conclusões da Fase I ……………………………………………………………….…………………….. 84
p
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
VII
Índice
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico …..... 85
5.1. Introdução ………………………………………………………………………………………………..…. 85
5.2. Metodologia ………………………………………………………………………………………………... 85
5.2.1. Material Vegetal ………………………………………………………………………………………….. 85
5.2.2. Relações Hídricas ……………………………………………………………………………………….... 85
5.2.2.1. Determinação do Teor Hídrico Relativo da Folha ……………………………………….…………….. 85
5.2.2.2. Determinação do Potencial Hídrico das Folhas ………………………………………………………... 86
5.2.2.3. Estabelecimento de Curvas Pressão/Volume …………………………………………………………... 86
5.2.3. Medição das Trocas Gasosas …………………………………………………………………………...… 87
5.2.3.1. Curvas A/PPFD ………………………………………………………………………………………… 87
5.2.3.2. Curvas A/CO2a ………………………………………………………………………………………….. 87
5.2.3.3. Determinação da Libertação de O2 …………………………………………………………...………… 88
5.2.4. Medição da Fluorescência Modulada da Clorofila a …………………………………………………..… 88
5.2.5. Determinação de Clorofilas e Carotenóides ……………………………………………………………… 89
5.2.6. Determinação de Actividades Enzimáticas ………………………………………………………………. 89
5.2.6.1. Extracção ……………………………………………………………………………………………….. 90
5.2.6.2. Ribulose-1,5-Bisfosfato Carboxilase/Oxigenase (RuBisCO) ………………………………………..… 90
5.2.6.3. Fosfoenolpiruvato Carboxilase (PEPC) ……………………………………………………………...… 91
5.2.6.4. Enzima Málica Dependente de NADP (EM-NADP) …...…………………………………………….... 91
5.2.7. Quantificação de Proteína Solúvel …………………………………………………………………….…. 91
5.2.8. Quantificação de Solutos Compatíveis …………………………………………………………………... 92
5.2.8.1. Extracção ……………………………………………………………………………………………….. 92
5.2.8.2. Quantificação de Aminoácidos Livres e Prolina ……………………………………………………….. 92
5.3. Resultados e Discussão …………………………………………………………………………………….. 93
5.3.1. Relações Hídricas ……………………………………………………………………………………….... 93
5.3.2. Trocas Gasosas ………………………………………………………………………………………...…. 96
5.3.2.1. Curvas A/PPFD ………………………………………………………………………………………… 96
5.3.2.2. Curvas A/CO2a ………………………………………………………………………………………. 105
5.3.2.3. Libertação de O2 ………………………………………………………………………………………. 112
5.3.3. Fluorescência Modulada da Clorofila a ……………………………………………………………….... 114
5.3.4. Clorofilas Totais e Carotenóides ………………………………………………………………………... 125
5.3.5. Metabolismo do Carbono ……………………………………………………………………………… 128
5.3.5.1. Ribulose-1,5-Bisfosfato Carboxilase/Oxigenase (RuBisCO) ………………………………………… 129
5.3.5.2. Fosfoenolpiruvato Carboxilase (PEPC) ………………………………………………………………. 133
5.3.5.3. Enzima Málica Dependente de NADP (EM-NADP) ……...………………………………………….. 136
5.3.6. Solutos Compatíveis …………………………………………………………………………………..… 137
5.3.6.1. Aminoácidos Livres ………………………………………………………………………………… 138
5.3.6.2. Prolina ………………………………………………………………………………………………. 140
5.3.7. Conclusões da Fase II ………………………………………………………………………………….... 142
p
6. Conclusões Gerais …………………………………………………………………………………………. 145
p
7. Referências Bibliográficas ……………………………………………………………………………….... 147
p
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
VIII
Símbolos e Abreviaturas
Símbolos e Abreviaturas
A
taxa fotossintética
A/CO2a
taxa fotossintética em função da concentração externa de CO2
A/PPFD
taxa fotossintética em função da densidade de fluxo fotónico fotossintético
ABA
ácido abcísico
Apot
potencial fotossintético
ATP
adenosina trisfosfato
ATPase
ATP sintase
C3
metabolismo fotossintético cujo primeiro composto estável formado possui 3
átomos de carbono
C4
metabolismo fotossintético cujo primeiro composto estável formado possui 4
átomos de carbono
Ca
clorofila a
2+
Ca
ião cálcio
Cb
clorofila b
Ca+b
clorofila total
CA1P
2-carboxiarabinitol-1-fosfato
Ci
concentração interna de CO2
CO2
dióxido de carbono
CO2a
concentração externa de CO2
Cx+c
carotenóides totais
DMSO
dimetilsulfóxido
DTT
ditiotritol
E
taxa transpiratória
EDTA
ácido etilenodiamina tetracético
EM-NADP
enzima málica dependente de NADP
Eq.
equação
ETR
taxa de transporte de electrões no PSII
Fm
fluorescência máxima
Fm’
fluorescência máxima medida à luz
Fo
fluorescência basal
Fo’
fluorescência basal medida após iluminação
Fv
fluorescência variável
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
IX
Símbolos e Abreviaturas
Fig.
figura
gs
condutância estomática
H2O
água
H2O2
peróxido de hidrogénio
HCl
ácido clorídrico
HEPES
ácido N-(2-hidroxietil) piperazina N’-2-etanosulfónico
IRGA
infra-red gas analyser (analisador de gases por radiação infra-vermelha)
K+
ião potássio
Kcat
constante de catálise
KCl
cloreto de potássio
KOH
hidróxido de potássio
LHCII
complexo antena do PSII
M
molar
MDH
malato desidrogenase
MPa
mega Pascal
Mg2+
ião magnésio
MgCl2
cloreto de magnésio
mV
milivolt
N2
azoto molecular
NADH
nicotinamida adenina dinucleótido reduzida
NADP
fosfato de nicotinamida adenina dinucleótido
NADP+
fosfato de nicotinamida adenina dinucleótido oxidado
NADPH
fosfato de nicotinamida adenina dinucleótido reduzido
NaHCO3
hidrogenocarbonato de sódio
NaH14CO3
hidrogenocarbonato de sódio marcado radioactivamente
NPQ
amortecimento não-fotoquímico
O2
oxigénio molecular
p
probabilidade
P5CS
∆1-pirrolina-5-carboxilato sintetase
PAM
pulse amplitude modulated (amplitude de pulso modulada)
PDH
prolina desidrogenase
PEG
polietilenoglicol
PEP
fosfoenolpiruvato
PEPC
fosfoenolpiruvato carboxilase
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
X
Símbolos e Abreviaturas
Pf
peso fresco
pH
logaritmo do inverso da concentração hidrogeniónica
PPFD
densidade de fluxo fotónico fotossintético
ppm
partes por milhão
PRK
fosforibulocinase
Ps
peso seco
PSII
fotossistema II
Pt
peso túrgido
PVP
polivinilpirrolidona
QA
quinona A
QB
quinona B
QAC
composto quaternário de amónio
qE
coeficiente de amortecimento do estado de alta energia
qI
coeficiente de amortecimento fotoinibitório
qN
coeficiente de amortecimento não-fotoquímico
qP
coeficiente de amortecimento fotoquímico
qT
coeficiente de amortecimento de transição de estado
QTL
quantitative trait loci (loci de características quantitativas)
r
2
coeficiente de determinação
rbcS
subunidade menor da RUBISCO
ROS
reactive oxygen species (espécies reactivas de oxigénio)
RuBisCO
ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase
RuBP
ribulose-1,5-bisfosfato
SLA
área foliar específica
SnCl2.H2O
cloreto de estanho hidratado
THR
teor hídrico relativo
THS
teor hídrico do solo
V
volt
WUE
eficiência do uso da água
ΦPSII
rendimento quântico efectivo do PSII
Ψg
potencial gravítico
Ψp
potencial de pressão
Ψs
potencial osmótico
Ψw
potencial hídrico
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
XI
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
XII
1. Objectivos e Abordagem do Problema
1. Objectivos e Abordagem do Problema
O milho (Zea mays L.) é originário da América Central, tendo sido rapidamente
distribuído pelos quatro cantos do Mundo através das viagens marítimas do século XVI. Ao
longo de gerações, a agricultura produziu numerosas variedades locais de milho.
Actualmente, estas variedades voltam a adquirir elevada importância, mas num contexto de
valorização dos produtos regionais. A diversidade genética das variedades portuguesas de
milho constitui um recurso valioso para o melhoramento da espécie e, além disso, a
comparação de variedades com diferentes capacidades de resistência ao stresse pode fornecer
informações importantes sobre os mecanismos fisiológicos que a conferem.
O stresse hídrico é a mais importante limitação à produtividade vegetal. O
desenvolvimento de variedades resistentes à seca assume particular importância no panorama
de alterações climáticas, em que o aumento da temperatura prolonga o período de restrições
hídricas das plantas (Bruce et al., 2002; Taiz e Zeiger, 2002; Chaves et al., 2002, 2003). Para
contrariar a influência destas alterações na produtividade, deverá ser desenvolvido um
programa de selecção para uma maior tolerância ao stresse hídrico, mantendo uma boa
eficiência do uso da água e da capacidade fotossintética, de modo a garantir um aumento de
produção nestas condições.
Para melhor compreender as limitações fisiológicas e bioquímicas da fotossíntese,
torna-se necessário elucidar aspectos fundamentais do metabolismo fotossintético e da gestão
da água ao nível celular e da planta inteira e, assim, avançar no conhecimento dos
mecanismos de resposta ao stresse.
A tolerância é o resultado duma resposta integrada, determinada por múltiplos genes.
Deste modo, a identificação de um elevado número de alterações de valor adaptativo revestese de enorme importância para o planeamento de estratégias de melhoramento da resistência à
seca de espécies de interesse agrossilvícola.
Existem ainda lacunas de conhecimento sobre os mecanismos que afectam a fisiologia
e o metabolismo em condições de stresse hídrico, nomeadamente sobre a contribuição relativa
dos processos estomáticos e não-estomáticos (ou metabólicos) na redução da fotossíntese
(Lawlor e Cornic, 2002). Sob stresse moderado parecem predominar as limitações
estomáticas, mas, em certas circunstâncias, à medida que o stresse se intensifica, as limitações
não-estomáticas (como a alteração da actividade e estrutura das enzimas do metabolismo
fotossintético do carbono) ganham peso (Marques da Silva e Arrabaça, 2004a). A extensão de
cada variação, contudo, é desconhecida. Foi sugerido ser possível incluir diferentes espécies
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
1
1. Objectivos e Abordagem do Problema
em dois grupos com respostas ao stresse distintas: nas plantas do tipo I, as limitações ao nível
do mesófilo aumentam linearmente com a intensidade do stresse, enquanto que, nas plantas
do tipo II, não há limitações do mesófilo até um determinado nível de stresse hídrico, mas,
uma vez atingido o limiar, observa-se um rápido aumento dessas limitações (Lawlor e Cornic,
2002). Não se conhecem as razões porque uma espécie responde da forma I ou II e se
comporta de forma distinta, em diferentes circunstâncias, admitindo-se, no entanto, que a
velocidade de imposição do stresse poderá ser relevante. Deste modo, também a forma como
cada variedade responde ao stresse é determinante para seleccionar a estratégia de
melhoramento.
Uma resposta quase universal ao défice hídrico é a acumulação de solutos
osmoticamente compatíveis com o metabolismo celular (Bohnert e Shen, 1999). Esta resposta
pode conduzir a um ajustamento osmótico e à manutenção de um estado hídrico favorável
para o metabolismo e, neste caso, os solutos denominam-se osmorreguladores. Noutros casos,
a síntese de certos solutos compatíveis pode ter um papel fundamental na protecção de
proteínas (nomeadamente enzimas), na estabilização de membranas celulares e na
sequestração de espécies reactivas de oxigénio (ROS, do inglês reactive oxygen species)
(Bohnert e Shen, 1999), cuja produção aumenta em condições de défice hídrico (IturbeOrmaetxe et al., 1998). Neste caso, designam-se os solutos de osmoprotectores. Vários
estudos revelam que a produção de solutos compatíveis permitiu uma maior actividade de
enzimas do ciclo de Calvin em condições de défice hídrico (Shen et al., 1997b; Heuer, 2003).
Dada a importância de conhecer a influência do stresse hídrico no desenvolvimento,
crescimento e produtividade das plantas agrícolas, tornou-se necessário o desenvolvimento e
aplicação de técnicas que forneçam parâmetros com os quais seja possível avaliar os efeitos
do stresse ambiental. Algumas dessas metodologias serão aqui abordadas, nomeadamente a
medição da fluorescência da clorofila a e das trocas gasosas por análise de gases na banda do
infra-vermelho (IRGA).
Neste trabalho, proceder-se-á à análise de seis variedades portuguesas de milho através
destas técnicas, isolando as duas que mais se distinguem, positiva e negativamente, em termos
de tolerância ao stresse hídrico. Ulteriormente, a investigação seguirá novas abordagens
dessas duas variedades, de modo a identificar características que permitam explicar algumas
diferenças entre a variedade mais tolerante e a variedade mais susceptível ao stresse hídrico,
nomeadamente actividades de enzimas-chave do metabolismo do carbono e quantificação de
solutos compatíveis, como a prolina.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
2
2. Introdução Geral
2. Introdução Geral
2.1.
2.1. Descrição Botânica do Milho
Durante séculos os investigadores interrogaram-se sobre a origem geográfica do
milho. Actualmente, todos estão de acordo que a região de origem desta espécie é o Novo
Mundo, seja no México, na América Central ou na América do Sul.
A espécie de milho que hoje utilizamos é incapaz de sobreviver sem a intervenção do
Homem, uma vez que não possui mecanismos de disseminação, nem órgãos de resistência. É
uma espécie relativamente recente, com alguns milhares de anos, tendo surgido
provavelmente a partir do período em que o Homem iniciou o desenvolvimento da
agricultura.
O milho pertence à Divisão Magnoliophyta, Classe Liliopsida, Ordem Poales, e
Família das Poaceae (também conhecida como Gramineae).
É uma espécie muito polimórfica, apresentando populações muito precoces, em que a
maturação é atingida em 60-70 dias, e populações muito tardias, que exigem 10 a 11 meses.
Também o número de folhas por planta pode variar entre 8 e 48, a altura do caule entre 60
centímetros e 6 metros e a dimensão da espiga entre 2,5 e 30 centímetros (Floyd et al., 2002).
Embora existam grandes diferenças morfológicas entre as populações de milho, todas
as variedades cultivadas têm características morfológicas comuns, nomeadamente os órgãos
vegetativos (raízes, caule, folhas) e os órgãos reprodutores (panícula e espigas).
No milho, existem dois sistemas radiculares: um seminal ou provisório e um coronário
ou definitivo. As raízes seminais são as primeiras a formar-se permitindo à planta
desenvolver-se até formar as raízes coronárias, as quais permitem também fixar a planta ao
solo (Floyd et al., 2002).
O caule do milho é formado por nós e entrenós, variando o número de nós entre 8 e
48. Ao nível de cada nó estão inseridos uma folha e um gomo axilar. Quando os gomos
axilares da base do caule se desenvolvem dão origem a rebentos que, tal como o pé principal,
também são formados de caule, folhas e inflorescências (Floyd et al., 2002).
Num pé de milho as folhas apresentam dimensões diferentes. As folhas da base são
pequenas. O engrossamento do caule provoca a ruptura dos vasos que as alimentam fazendo
com que elas deixem de ser funcionais. As folhas inseridas na zona mediana do caule (ao
nível da inserção das espigas) são as mais longas e mais largas. No terço superior do caule, as
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
3
2. Introdução Geral
folhas vão diminuindo de dimensão à medida que a sua inserção se aproxima da panícula
(Floyd et al., 2002).
2.2. O Milho na Economia Mundial
Mundial e em Portugal
Actualmente, o milho é cultivado em diversos pontos do planeta, desde países como
Canadá e Rússia até ao Brasil e países africanos; desde locais situados abaixo do nível do mar
junto do Mar Cáspio até aos 3600 metros de altitude nos Andes peruanos; desde zonas semiáridas onde a precipitação anual não ultrapassa 250 milímetros até às regiões onde ela
ultrapassa os 1000 milímetros; em regiões com Verão muito curto (Canadá) e nas de Verão
permanente (Equador). Nenhuma outra cultura tem uma distribuição geográfica tão vasta
(CIMMYT, 2001).
Depois do trigo e do arroz, o milho é o cereal mais cultivado, com uma produção de
mais de 400 milhões de toneladas por ano, sendo os EUA o maior produtor mundial, com
cerca de 40% da produção (CIMMYT, 2001).
Em Portugal, a área cultivada é de cerca de 180.000 hectares. Os milhos mais
cultivados são os híbridos, calculando-se que ocupem cerca de 71,4 % da área global da
cultura. A cultura do milho decorre no período da Primavera-Verão, quando as temperaturas
são mais elevadas, sendo a temperatura óptima para o crescimento do milho de 24 a 30ºC
(Syngenta, 2004). Este facto levanta sérios problemas ao cultivo de milho, dado que estas
temperaturas, associadas ao aumento da evapotranspiração e à diminuição dos recursos
hídricos no solo, limitam a água disponível para a planta durante o seu desenvolvimento o que
é determinante para garantir uma boa produtividade.
2.3.
2.3. Relações Hídricas em Plantas
Plantas
A água é o líquido mais abundante à face da Terra, tendo uma função muito
importante nas plantas como responsável pela dissolução e transporte de iões e moléculas e
influenciando também a estrutura de proteínas, ácidos nucleicos, polissacáridos e outros
constituintes da membrana celular. A água forma o ambiente no qual ocorre a maioria das
reacções celulares, e participa directamente em muitas reacções bioquímicas (Taiz e Zeiger,
2002).
As células vegetais, quando completamente desenvolvidas, possuem um enorme
vacúolo constituído de uma solução aquosa de natureza diversa, restando apenas 5 a 10% do
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
4
2. Introdução Geral
volume celular para o citoplasma. A água constitui cerca de 80 a 95% da massa dos tecidos
vegetais em crescimento. Por outro lado, estruturas como a madeira, constituída
essencialmente por células mortas, contém quantidades baixas de água. As sementes possuem
5 a 15% de água, estando entre os tecidos vegetais com menor quantidade de água, embora na
germinação necessitem de absorver enormes quantidades (Taiz e Zeiger, 2002).
As plantas estão continuamente a absorver e a perder água, grande parte dela perdida
por transpiração foliar, através dos estomas, à medida que o CO2, necessário para a
fotossíntese, é absorvido da atmosfera.
O fluxo de água também é um meio importante de adquirir os minerais existentes no
solo através da absorção nas raízes. O movimento de água é conduzido por difusão simples ou
fluxo de massa, ou através de uma combinação destes dois mecanismos de transporte, em
resposta a uma diferença de potencial hídrico (Steudle e Peterson, 1998; Steudle, 2000). A
difusão acontece devido ao constante movimento térmico das moléculas, que ocorre na
presença de um gradiente de concentrações. Por outro lado, existe o movimento em fluxo de
massa, ao longo do contínuo solo-planta-atmosfera (Wei et al., 1999; Lawlor, 2002).
Actualmente, a manutenção deste fluxo é explicada por dois modelos complementares, o
modelo da pressão radicular, segundo o qual a água ascende na planta devido a uma pressão
provocada pela entrada de água nas raízes, e o modelo de tensão-coesão-adesão, segundo o
qual a coluna de água ascende devido às propriedades específicas das moléculas de água,
referidas no nome do modelo (Kramer e Boyer, 1995).
A água é absorvida pelas raízes e o seu movimento pode ocorrer através de duas vias
possíveis: apoplástica (ao longo dos espaços intercelulares) e simplástica (atravessando
paredes celulares e membranas plasmáticas e depois difundindo-se pelos plasmodesmos)
(Steudle e Peterson, 1998). No caso das células, designa-se por osmose a difusão de água
através de membranas, dependendo de um gradiente da energia livre da água através da
membrana, normalmente medido como diferença de potencial hídrico (Taiz e Zeiger, 2002).
A concentração de solutos no citosol e vacúolo e a pressão hidrostática exercida pela
membrana plasmática na parede celular são os dois factores principais que afectam o
potencial hídrico, embora, à medida que a distância vertical aumenta, a gravidade também
possa desempenhar um papel importante. Os componentes do potencial hídrico (Ψw) podem
ser resumidos na expressão Ψw = Ψs + Ψp + Ψg, onde Ψs corresponde ao potencial osmótico
(efeito dos solutos na energia livre da água), Ψp corresponde à pressão hidrostática ou de
turgescência, e Ψg corresponde ao efeito da gravidade no movimento da água (nas plantas de
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
5
2. Introdução Geral
maiores dimensões aumenta cerca de 0,1 MPa / 10 m) (Taiz e Zeiger, 2002). O potencial
hídrico é normalmente um bom indicador do estado hídrico da planta.
Ao contrário das células animais, as células vegetais podem suportar uma elevada
pressão intracelular, denominada pressão de turgescência, resultante da presença da parede
celular. Esta pressão é necessária para diversos processos fisiológicos, nomeadamente a
elongação celular, as trocas gasosas nas folhas, o transporte floémico, e diversos processos de
transporte membranar. A pressão de turgescência também contribui para a manutenção da
rigidez e da estabilidade mecânica em tecidos vegetais não-lenhificados.
2.4.
2.4. Stresse Hídrico nas
nas Plantas
Plantas
2.4.
2.4.1. Aspectos Gerais
As plantas estão frequentemente expostas a stresses ambientais que podem resultar em
défice hídrico, toxicidade por cálcio e outros metais, deficiência em iões e fotoinibição, entre
outras.
A reduzida disponibilidade de água é um dos factores ambientais mais importantes na
regulação do crescimento e desenvolvimento das plantas e uma das principais causas para a
redução do rendimento das colheitas que afectam a maioria das zonas cultivadas por todo o
mundo. À medida que os recursos hídricos para utilização agronómica se vão tornando cada
vez mais limitantes, o desenvolvimento de linhas de plantas tolerantes à seca tem surgido
como um objectivo importante a atingir (Stoop et al., 1996; Hare et al., 1999; Jiang e Zhang,
2002; Bruce et al., 2002).
Durante o ciclo de vida de uma planta ocorrem frequentemente períodos de défice
hídrico nos solos e/ou na atmosfera, mesmo fora de regiões áridas/semi-áridas, como foi
documentado nas florestas decíduas temperadas (Burghardt e Riederer, 2003) ou nas florestas
tropicais (Asner et al., 2004).
Na natureza, as plantas podem estar sujeitas a dois tipos de stresse hídrico de acordo
com a sua duração, podendo ser de longo prazo (de dias a semanas ou meses) ou curto prazo
(de horas a dias) (Chaves et al., 2003). As respostas das plantas à escassez de água são
complexas, envolvendo alterações adaptativas e/ou efeitos deletérios. Em condições naturais,
estas respostas podem ser sinergistica ou antagonisticamente modificadas por sobreposição de
outros stresses, como é o caso do stresse salino (Xiong et al., 2002).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
6
2. Introdução Geral
As plantas terrestres também podem estar sujeitas à desidratação durante a exposição a
temperaturas baixas (Hare et al., 1999), uma vez que a água pode não estar disponível na
forma líquida para ser absorvida pelas raízes e, também, devido à diminuição da absorção
radicular, nestas condições, mesmo quando está disponível.
Algumas das diferenças entre espécies, no que respeita ao crescimento e
sobrevivência, podem ser atribuídas a diferentes capacidades para a aquisição de água,
transporte e acumulação, e não a diferenças drásticas do metabolismo num determinado
estado hídrico. No entanto, a regulação do metabolismo fotossintético também está
dependente de factores como as limitações da difusão de CO2 na folha, repartição na alocação
de carbono para órgãos não-fotossintéticos e moléculas de defesa, ou mudanças na
bioquímica da folha, que podem ser afectados pelo stresse hídrico (Chaves et al., 2002).
Em condições de défice hídrico, também ocorre o aumento da produção de radicais
livres de oxigénio nas plantas, e a acumulação de solutos compatíveis poderá ter algum efeito
protector contra danos oxidativos nas proteínas, interagindo com os grupos que as constituem
(Iturbe-Ormaetxe et al., 1998).
As respostas iniciais ao stresse hídrico permitem a sobrevivência imediata. No entanto,
para que a planta seja capaz de suportar o stresse imposto é necessária uma aclimatação, a
qual produz novas capacidades metabólicas e/ou estruturais mediadas pela alteração da
expressão génica (Sharp et al., 2004).
As respostas fisiológicas ao stresse ambiental têm que ser activadas antes de
ocorrerem danos significativos nos tecidos afectados (Hare et al., 1999). Contudo, é a
resposta integrada ao nível da planta inteira, incluindo a assimilação de carbono e a alocação
de fotoassimilados para diferentes partes da planta e a capacidade reprodutora, que vai
determinar a sobrevivência e persistência em condições de stresse ambiental (Chaves e
Oliveira, 2004).
Para providenciar uma base sólida às estratégias de melhoramento da produção vegetal
é necessário uma melhor caracterização dos receptores moleculares envolvidos na percepção
do stresse e dos eventos moleculares que especificam a expressão da tolerância ao stresse
(Hare et al., 1999).
Os grandes avanços na área da genómica permitiram um enorme progresso na
caracterização de genes individuais e das suas respostas específicas ao stresse, de modo a
determinar a cascata de eventos que estarão associados a vias de sinais inter- e intracelulares
do défice hídrico, como é o caso do ácido abcísico (ABA) (Griffiths e Parry, 2002). Contudo,
como a maioria dos esforços são dirigidos para a transformação genética das plantas (Casas et
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
7
2. Introdução Geral
al., 1993), as abordagens fisiológicas tradicionais são negligenciadas. Até agora, foram
desenvolvidas poucas variedades com maior tolerância ao stresse ambiental. Contudo, no
mesmo período de tempo, o conhecimento das respostas fisiológicas aumentou
substancialmente (Heuer, 2003).
2.4.2
.4.2.
.2. Respostas Estomáticas ao Stresse Hídrico
Hídrico
Os estomas ocupam um papel central nas trocas gasosas, funcionando como o controlo
a curto prazo da perda de água por transpiração e da assimilação do CO2 pelas plantas (Jones,
1998).
Foram identificadas duas respostas gerais (Tipo I e Tipo II) da fotossíntese ao stresse
hídrico, que se distinguem pelo conteúdo relativo de água foliar abaixo do qual surgem os
efeitos não-estomáticos (metabólicos) (Lawlor, 2002). Contudo, durante a imposição gradual
de défices hídricos moderados (normalmente até –1,8 MPa durante um período de 15 dias ou
mais), as respostas baseiam-se quase exclusivamente na limitação da condutividade
estomática (gs) (Cornic e Fresneau, 2002; Yordanov et al., 2003).
Quando os défices hídricos se desenvolvem, um dos primeiros acontecimentos a tomar
lugar nas plantas é o fecho estomático, em resposta a um declínio da turgescência da folha
e/ou do seu potencial hídrico (Yordanov et al., 2003), ou ainda em resposta ao aumento da
concentração de ABA no fluxo transpiratório (Sharp e LeNoble, 2002; Chaves et al., 2003).
Este encerramento permite evitar a desidratação da planta e fenómenos de cavitação, os quais
poderiam comprometer a sobrevivência das plantas. A diminuição do CO2 intracelular, após o
fecho estomático, e a consequente baixa eficiência do uso da luz pode induzir, a longo prazo,
uma regulação da maquinaria fotossintética, no sentido de se adequar ao carbono disponível
(Chaves et al., 2002).
À medida que a seca progride, nas plantas cultivadas no campo, o fecho estomático
ocorre por períodos cada vez mais longos, durante o dia, tendo início a meio da manhã
(Tallman, 2004). Esta diminuição da condutância estomática tem como efeito simultâneo a
redução da assimilação de carbono e das perdas de água no período de maior défice de
pressão de vapor entre a folha e a atmosfera, e leva a uma optimização da assimilação de
carbono, em relação à disponibilidade de água (Jones, 1998).
Foi encontrada claramente uma dependência do ciclo diurno no que respeita à resposta
estomática, tendo em conta a humidade do ar e ao estado hídrico da folha numa dada hora
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
8
2. Introdução Geral
(Tallman, 2004), sugerindo que algumas das alterações diurnas na função estomática podem
resultar de processos metabólicos com um ritmo circadiano.
2.4.
2.4.3. Metabolismo do Carbono e Efeitos do Stresse Hídrico na
Fotossíntese
As plantas terrestres apresentam uma enorme diversidade de formas e estratégias
adaptativas aos desafios impostos pelo meio ambiente. Também ao nível dos processos
fotossintéticos demonstram esta variabilidade. As principais vias fotossintéticas denominamse C3 e C4, devido ao facto de se ter observado que o primeiro produto estável da fixação de
CO2 era uma molécula com três e quatro átomos de carbono, respectivamente (Ehleringer e
Cerling, 2002). Existe uma terceira via fotossintética denominada CAM (de crassulacean
acid metabolism) em que há uma fixação do carbono durante o período nocturno, altura em
que os estomas estão abertos, ao contrário do que acontece com as outras duas vias
fotossintéticas (Lüttge, 2004).
A fotossíntese C3 é um processo com várias etapas nas quais o CO2 atmosférico é
fixado em moléculas orgânicas estáveis, ocorrendo praticamente em todas as células do
mesófilo das folhas. No primeiro passo, a ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase
(RuBisCO) cataliza a reacção de carboxilação de uma molécula de ribulose-1,5-bisfosfato
(RuBP) com uma molécula de CO2 para formar duas moléculas de fosfoglicerato. Contudo, a
RuBisCO também apresenta afinidade para o O2, iniciando uma via metabólica – conhecida
por fotorrespiração – levando à perda de carbono e energia (Taiz e Zeiger, 2002; Ehleringer e
Cerling, 2002).
A fotossíntese C4 representa uma modificação bioquímica da fotossíntese C3, de modo
a reduzir a actividade oxigenásica da RuBisCO, aumentando a concentração de CO2 junto
desta enzima. Nas plantas C4, a fotossíntese C3 encontra-se restrita às células da bainha dos
feixes vasculares (Fig. 2.1). É nas células do mesófilo nas quais se encontra a enzima
fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC), a qual fixa o HCO3- (a partir do CO2 numa reacção
levada a cabo pela anidrase carbónica) e PEP em oxaloacetato, um ácido C4 que se difunde
para as células da bainha do feixe vascular, onde é descarboxilado (Ehleringer e Cerling,
2002).
A descarboxilação deste composto e a sua introdução na via C3 normal é realizado de
três formas, consoante o tipo de planta C4: através da enzima málica dependente de NADP
(EM-NADP) (como é o caso do milho) (Fig. 2.1); através da enzima málica dependente de
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
9
2. Introdução Geral
NAD (EM-NAD) (como é o caso de Flaveria trinervia); e através da enzima
fosfoenolpiruvato carboxicinase (PEPCK) (como é o caso de Panicum maximum) (Edwards et
al., 2001; Walker et al., 2002). No entanto, esta divisão tem sido vista como uma
simplificação do que realmente acontece, dado que o milho também possui uma actividade
descarboxilativa considerável pela enzima PEPCK (Wingler et al., 1999) e na espécie
Panicum maxicum a descarboxilação também é realizada pela enzima EM-NAD (Walker et
al., 2002).
Independentemente da forma como é descarboxilado o composto C4, a actividade
elevada da PEPC conduz a uma elevada concentração de CO2 junto da RuBisCO, limitando a
actividade fotorrespiratória (Ehleringer e Cerling, 2002).
Fig. 2.1 – Esquema da via fotossintética nas plantas C4, do subtipo EM-NADP, como é o caso do
milho (adaptado de Taiz e Zeiger, 2002).
As plantas C4, como o milho, têm sido documentadas como melhor adaptadas a
condições de défice hídrico devido a uma resistência estomática mais elevada, apresentando,
uma melhor eficiência do uso de água e a capacidade de manter a actividade fotossintética em
condições de baixo potencial hídrico (Bruce et al., 2002). O milho é capaz de tolerar um nível
mais elevado de stresse e manter o crescimento das suas raízes e partes aéreas a níveis de
stresse que são inibitórios para plantas C3, como o trigo (Triticum aestivum) (Siddique et al.,
1999; Nayyar, 2003).
Quando o stresse hídrico é imposto lentamente, como acontece normalmente em
condições naturais, pode ocorrer uma redução na capacidade bioquímica de assimilação e
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
10
2. Introdução Geral
utilização de carbono, juntamente com restrições na difusão gasosa (Chaves et al., 2002).
Diferenças na resposta da fotossíntese à concentração interna de CO2 (Ci) indicam que a
necessidade bioquímica de CO2 é regulada em função da diminuição da disponibilidade de
CO2, associada ao fecho dos estomas induzido pela seca (Tallman, 2004). Existem dados
experimentais que demonstram que a diminuição das taxas de assimilação de CO2
encontradas em folhas sujeitas a stresse hídrico não pode ser revertida simplesmente
aumentando o fornecimento externo de CO2, indicando que o stresse hídrico também deve
afectar o metabolismo do mesófilo (Lawlor, 2002; Parry et al., 2002; Tang et al., 2002;
Cornic e Fresneau, 2002). Esta resposta do mesófilo torna-se progressivamente mais
importante com o aumento da deficiência em água (Parry et al., 2002).
Numa experiência de campo com videiras, a assimilação de CO2 foi significativamente
limitada devido ao fecho dos estomas, à medida que a seca se instalava durante o período de
Verão, mas também houve uma redução na actividade de diversas enzimas do ciclo de Calvin
(Maroco et al., 2002).
Foi demonstrado que os efeitos do défice hídrico na capacidade fotossintética do
tremoceiro dependiam da temperatura da folha e da luz incidente (Chaves et al., 1992 in
Chaves et al., 2002). Foram obtidos dados semelhantes em diversas solanáceas, mostrando
que a fotossíntese era significativamente menos inibida por temperaturas acima dos 38-40ºC
em plantas desidratadas comparadas com plantas bem regadas (Havaux, 1992).
Numa experiência com duas espécies de Quercus não se encontraram diferenças
significativas nas taxas de assimilação de carbono quando estas se comparavam entre plantas
em situação de humidade suficiente no solo e plantas sujeitas a um stresse hídrico moderado
no início de Julho. Contudo, no fim do Verão quente e seco (Setembro), as trocas gasosas, a
meio do dia, na azinheira (Quercus ilex L.) eram menos reduzidas que as observadas no
sobreiro (Quercus suber L.) (Faria et al., 1998 in Chaves et al., 2002). Isto sugere um efeito
menos severo do stresse hídrico na primeira relativamente ao último. De facto, foram
observados valores significativamente mais elevados de potencial hídrico nas folhas no fim do
Verão de 1999 na azinheira (-1,52 MPa) quando comparado com os -2,38 MPa medidos no
sobreiro. Uma das hipóteses é a de que as raízes da azinheira eram capazes de retirar água de
camadas de solo mais profundas, permitindo a esta espécie manter o influxo de água e taxas
de assimilação de carbono mais elevadas nas folhas, por um período de tempo mais longo, do
que as do sobreiro (Chaves et al., 2002).
No final da época seca (Setembro), foi observada uma diminuição da fotossíntese na
azinheira e no sobreiro, comparativamente com o início do Verão (Julho). Durante o período
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
11
2. Introdução Geral
mais quente do dia, ocorreu uma diminuição da fotossíntese, associada a uma diminuição do
rendimento quântico do fotossistema II. Neste período do dia, a assimilação de carbono estava
limitada pela diminuição da condutância estomática, podendo aquela ser vista como um
importante mecanismo protector contra a foto-oxidação e, portanto, contra a seca nestas
árvores. Esta regulação da fotossíntese resulta de uma dissipação térmica do excesso de
energia de excitação nos cloroplastos, como foi mostrado pelo aumento do amortecimento
não-fotoquímico (NPQ) em Setembro quando comparado com Julho (Chaves et al., 2002).
Noutras espécies, sabe-se que a seca rigorosa diminui a quantidade da proteína
RuBisCO (Vu et al., 1987). A quantidade de RuBisCO nas folhas é controlada pela sua taxa
de síntese e degradação. Mesmo sob stresse hídrico, a holoenzima da RuBisCO é
relativamente estável, com um tempo de semi-vida de vários dias (Webber et al., 1994 in
Parry et al., 2002). Contudo, o stresse hídrico no tomate (Bartholomew et al., 1991), em
Arabidopsis (Williams et al., 1994 in Parry et al., 2002) e no arroz (Vu et al., 1999 in Parry et
al., 2002) leva a uma rápida diminuição na abundância de transcritos da subunidade menor da
RuBisCO (rbcS), o que pode indicar uma diminuição na sua síntese (Marques da Silva e
Arrabaça, 2004b).
Em alguns estudos, o potencial fotossintético (Apot), medido em condições saturantes
de CO2, não é afectado por uma pequena diminuição do teor hídrico relativo (THR) mas
torna-se progressivamente mais inibido, e menos estimulado por elevadas concentrações de
CO2, abaixo de um determinado valor de THR (resposta Tipo I). Noutros estudos, Apot e a
estimulação da taxa fotossintética por elevadas concentrações de CO2 diminui
progressivamente à medida que THR diminui (resposta Tipo II) (Lawlor, 2002).
Diversos estudos sugeriram que a diminuição da capacidade fotossintética resulta da
insuficiente regeneração de ribulose-1,5-bisfosfato (RuBP) (Giménez et al., 1992). Se isto é
provocado ou não pela diminuição da síntese de ATP na fase fotoquímica continua a ser
discutido (Gunasekera e Berkowitz, 1993; Tezara et al., 1999; Lawlor, 2002).
Embora a actividade da RuBisCO possa não ser a principal limitação do metabolismo
cloroplastidial, os efeitos do stresse hídrico na quantidade e actividade da RuBisCO não
podem ser ignorados. No estudo de Tezara et al. (1999), a disponibilidade de ATP diminuiu,
tendo sido identificada como um factor chave na tolerância ao stresse hídrico. No entanto, as
alterações nos níveis de ATP foram inferiores às verificadas para a actividade da RuBisCO,
em potenciais hídricos baixos, quando a assimilação de CO2 estava muito reduzida.
A actividade da RuBisCO é regulada para ajustar à capacidade da folha em regenerar
RuBP, sendo modulada in vivo quer pela reacção com CO2 e Mg2+ para carbamilar o resíduo
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
12
2. Introdução Geral
de lisina no local catalítico, quer pela ligação de inibidores no local catalítico (Parry et al.,
2002). A ligação dos inibidores à RuBisCO carbamilada previne a catálise, enquanto que a
ligação do substrato RuBP na enzima não-carbamilada previne a carbamilação do resíduo de
lisina que é essencial para a actividade. A libertação de tais compostos tão fortemente ligados
necessita da participação da RuBisCO activase e da hidrólise de ATP (Zhang e Portis, 1999).
Enquanto que a medição da actividade da RuBisCO imediatamente após a extracção
(actividade inicial) reflecte a actividade in vivo, a carbamilação potencial (actividade total)
pode ser determinada incubando os extractos com elevadas concentrações de CO2 e Mg2+
antes do ensaio. Contudo, a carboxilação máxima potencial (actividade máxima) apenas é
revelada se forem dados passos para, em primeiro lugar, remover quaisquer inibidores que
estejam ligados aos locais activos (Parry et al., 2002). A maioria dos inibidores pode ser
removido in vitro através de altas concentrações de sulfato (Parry et al., 1997).
No tabaco (Nicotiana tabacum L.), a seca diminuiu a actividade inicial e total da
RuBisCO. A diminuição da actividade aparenta ser o resultado de uma diminuição do Kcat
aparente e não de uma alteração do estado de activação. Também têm sido observadas
diminuições semelhantes na Kcat da RuBisCO em resposta ao stresse hídrico de longa duração
no trevo (Medrano et al., 1997 in Parry et al., 2002).
Foi demonstrado que a ligação do inibidor CA1P à RuBisCO protege a enzima da
degradação proteolítica (Khan et al., 1999). A RuBisCO que se encontra activa na
carboxilação da RuBP é relativamente resistente à degradação por proteases; por outro lado, a
RuBisCO não-carbamilada com locais activos disponíveis é muito susceptível à proteólise. As
interacções com inibidores podem apresentar vantagens in vivo, de modo a prevenir a
degradação por proteases da RuBisCO não activa.
Como já foi mencionado, a libertação dos inibidores de ligação forte necessita da
participação da RuBisCO activase e da hidrólise de ATP (Zhang e Portis, 1999). A remoção
dos inibidores pela RuBisCO activase pode ser impedida porque, como já foi sugerido por
alguns trabalhos, as concentrações de ATP são reduzidas por acção da seca (Lawlor, 2002).
Além disso, a RuBisCO activase é susceptível a temperaturas elevadas (Crafts-Brandner e
Salvucci, 2000) que podem estar associadas ao stresse hídrico.
No trigo, a diminuição do THR não conduziu ao aumento dos inibidores de ligação
forte. Este resultado contradiz estimativas indirectas da percentagem de locais catalíticos
bloqueados por inibidores (calculados a partir das actividades máxima e total), o qual sugeria
que um número elevado de locais deveriam estar bloqueados por inibidores. Esta discrepância
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
13
2. Introdução Geral
pode ser explicada por outros factores, dado que o trigo não contém grandes quantidades de
CA1P (Servaites et al., 1986).
Existem dois mecanismos a ser considerados em relação à diminuição da actividade da
RuBisCO. Primeiro, a RuBisCO reverte a um estado de baixa actividade in vitro através de
uma mudança conformacional (Schmidt et al., 1984). No entanto, a hipótese deste mecanismo
ter um papel regulador in vivo tem recebido pouca atenção. A segunda hipótese é a inibição da
RuBisCO por ligação da RuBP aos locais não-carbamilados (Parry et al., 2002).
Em resumo, em condições de campo, quando o stresse hídrico moderado se
desenvolve lentamente, a diminuição do CO2 intracelular após o fecho estomático
aparentemente induz, a longo prazo, a regulação da maquinaria fotossintética, nomeadamente
da RuBisCO, de modo a ajustar ao fluxo de carbono disponível (Chaves et al., 2002).
2.5.
2.5. Estratégias de Sobrevivência à Seca
Seca
2.5.
2.5.1. Aspectos Gerais
A adaptação das plantas à seca tem sido classificada em três estratégias: escapar, evitar
e tolerar (Chaves et al., 2003). No entanto, estas estratégias não são mutuamente exclusivas e,
na prática, as plantas combinam uma variedade de tipos de resposta (Ludlow, 1989 in Chaves
et al., 2003).
As plantas que escapam à seca exibem um elevado grau de plasticidade no seu
desenvolvimento, sendo capazes de completar o seu ciclo de vida antes da ocorrência do
défice hídrico. Estas estratégias têm como base o sucesso reprodutivo antes do stresse se
agravar, sendo de particular importância nas plantas de locais áridos, em que há combinação
de ciclos de vida curtos com elevadas taxas de crescimento e de trocas gasosas, maximizando
o aproveitamento dos recursos hídricos, florescendo e produzindo sementes antes que as
reservas de água se esgotem (Chaves et al., 2002, 2003). Outro mecanismo para um sucesso
reprodutivo consiste em mobilizar parte dos recursos para o desenvolvimento de frutos,
mecanismo associado à capacidade da planta em armazenar reservas em alguns órgãos (caules
e raízes) e mobilizá-los para a produção de frutos, resposta bem documentada em algumas
plantas cultivadas, como os cereais (Gebbing e Schnyder, 1999; Bruce et al., 2002) e alguns
legumes (Chaves et al., 2002). Esta capacidade aumenta em plantas sujeitas à seca (Rodrigues
et al., 1995).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
14
2. Introdução Geral
As plantas também podem superar as condições de seca evitando a desidratação dos
tecidos, enquanto mantém o potencial hídrico nos tecidos o mais elevado possível, ou
tolerando um potencial hídrico baixo no tecido. A desidratação é evitada em plantas anuais ou
perenes e está associada com uma variedade de características adaptativas. Estas envolvem
diminuição das perdas de água e maximização da tomada de água. As perdas de água podem
ser minimizadas pelo fecho dos estomas, por redução da superfície de contacto com a
atmosfera através do enrolamento das folhas (Price et al., 2002), através de uma camada
densa de tricomas aumentando a reflexão (Werker, 2000), através de ângulos fechados das
folhas, ou diminuindo a área da copa através da redução do crescimento e da queda das folhas
mais velhas. A tomada de água é maximizada ajustando o padrão de alocação de carbono,
nomeadamente aumentando o investimento na formação de raízes (Jackson, 2002). Foram
obtidos aumentos significativos na produção de espécies agrícolas, cruzando-as com plantas
de regiões semi-áridas, resultando num melhoramento da profundidade de enraizamento
(Blum, 1984 in Chaves et al., 2003).
A dormência parcial das plantas como sobrevivência à estação seca é outra estratégia
encontrada. A tolerância extrema à desidratação encontra-se nas denominadas plantas da
ressurreição, bem como em alguns fetos, plantas não-vasculares (musgos), algas e líquenes.
As folhas das plantas da ressurreição podem equilibrar com o ar perto de 0-2% (v/v) de
humidade relativa e ainda conseguirem recuperar totalmente a sua actividade fisiológica após
re-hidratação (Chaves et al., 2003).
2.5.
2.5.2. Modificações Anatómicas, Morfológicas e Metabólicas na
Resposta
esposta ao Stresse Hídrico
Hídrico
Para além da diminuição dos recursos hídricos, a seca do solo também induz uma
diminuição de nutrientes, em particular o azoto (mas também o cálcio), com fortes efeitos
interactivos no crescimento e funcionamento da planta (Chaves et al., 2003). Esta é uma área
de investigação de grande importância, necessitando de métodos inovadores que permitem
distinguir os efeitos causados pelo défice hídrico dos efeitos causados pela deficiente nutrição
mineral, ambos causados pela seca.
Os ajustamentos da planta aos baixos recursos dos ambientes áridos incluem alteração
da estrutura foliar, aumento da proporção de assimilados mobilizados para as raízes (Poorter e
Nagel, 2000), reduzidas taxas de crescimento e baixas taxas de turnover dos órgãos (Enquist e
Niklas, 2002).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
15
2. Introdução Geral
Enquanto que órgãos com curtos períodos de vida podem ser eliminados em resposta
ao stresse, órgãos com longos períodos de vida têm que optimizar o seu ganho em recursos.
Este é o caso da mudança de demografia foliar observado na espécie desértica perenial
Cryptantha flava, cujo período de vida foliar duplicou em condições de seca (Casper et al.,
2001). Esta resposta resulta em taxas de turnover foliar reduzidas e assim elevada eficiência
do uso de nutrientes. Isto também significa que as plantas podem compensar parcialmente
taxas de ganho de carbono mais reduzidas investindo menos na construção de novas folhas.
As folhas com maior longevidade necessitam sobreviver a períodos em que as
condições são mais hostis. Para tal, necessitam de diversas protecções que variam desde
características anatómicas/morfológicas, como a esclerofilia para resistir a climas extremos e
à herbivoria (Lucas et al., 2000; Burghardt e Riederer, 2003), uma densa camada de tricomas
como na oliveira (Olea europaea L.) para aumentar a reflectância da luz e manter a humidade
(Werker, 2000), ou ângulos foliares fechados (Lizana et al., 2006), até mecanismos
bioquímicos que permitem a dissipação do excesso de energia radiante (Young et al., 1997).
As folhas esclerófilas resistem a condições climáticas extremas e à herbivoria (Lucas
et al., 2000; Burghardt e Riederer, 2003), e são normalmente pequenas e grossas, possuindo
uma reduzida área foliar específica (SLA) e baixa concentração de azoto por unidade de
massa foliar. Uma diminuição na SLA também pode ocorrer nas plantas herbáceas como
resposta à seca, resultando num aumento no investimento de tecidos estruturais, o que permite
uma maior resistência a condições ambientais desfavoráveis (Chaves et al., 2003). Outras
protecções incluem mecanismos bioquímicos de dissipação de energia, como no caso do ciclo
das xantofilas (Young et al., 1997).
Folhas pequenas estão bem adaptadas à elevada luminosidade e à elevada temperatura
que existem na maioria das regiões áridas, porque o seu tamanho permite uma maior
dissipação do calor e um controlo eficaz das perdas de água através do fecho dos estomas
(Jarvis e McNaughton, 1986 in Chaves et al., 2003).
A senescência, que leva a uma diminuição da reserva de açúcares na planta, é um
factor importante na interrupção da formação do fruto, em condições de stresse hídrico.
Assim, os fenótipos com senescência retardada podem ser importantes em culturas onde o
rendimento seja limitado pelos recursos e a acumulação e utilização das reservas dos caules
seja insuficiente para suportar o crescimento do fruto em condições de seca. Contudo, nos
cereais, observa-se uma interacção interessante entre a disponibilidade hídrica e a
disponibilidade de azoto. Em condições de disponibilidade de água não-limitante, azoto
abundante atrasou a senescência mas reduziu o rendimento da produção de grão, enquanto
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
16
2. Introdução Geral
que em condições controladas ou suaves de seca no solo, elevada disponibilidade de azoto
aumentou a utilização dos hidratos de carbono armazenados e o rendimento da produção de
grão (Yang et al., 2000). As hormonas vegetais e açúcares também estão envolvidos na
regulação da senescência da parte aérea. Outros estudos revelaram que elevadas
concentrações de açúcares solúveis reprimem a expressão de genes associados à fotossíntese,
num processo em que as hexocinases estão envolvidas (Smeekens e Rook, 1997). Um efeito
importante da sobre-expressão de hexocinases é uma senescência acelerada (Dai et al., 1999).
Para além disso, a queda das folhas mais velhas contribui para a diminuição do gasto
de água, podendo ser visto como um programa de reciclagem no interior da planta, permitindo
a remobilização dos nutrientes armazenados nas folhas mais velhas para os caules ou folhas
mais jovens. Durante a indução da senescência pela seca, algumas proteases específicas da
seca são activadas, as quais não ocorrem no processo normal de envelhecimento, como é o
caso de algumas formas de proteases de cisteína (Solomon et al., 1999). Também existem
diferenças entre as espécies tolerantes e as susceptíveis nomeadamente no grau de
estimulação da actividade endoproteolítica (protease aspártica), sendo superior nas espécies
susceptíveis comparativamente com as tolerantes (Cruz de Carvalho et al., 2001 in Chaves et
al., 2003).
As folhas mais jovens que sobrevivem à seca apresentam, por vezes, taxas
fotossintéticas superiores (Ludlow, 1991) e maior conteúdo de RuBisCO por unidade de área
foliar (David et al., 1998 in Chaves et al., 2003) do que folhas de idade semelhante em
plantas bem regadas, no que pode ser chamado de suspensão do envelhecimento foliar. As
folhas sujeitas a stresse hídrico normalmente atingem a maturidade mais cedo, tornando-se
rapidamente numa fonte de carbono, ao contrário do que acontece nas folhas de plantas bem
regadas (Schurr et al., 2000).
A capacidade da planta captar água de um solo seco através do desenvolvimento de
outras características morfológicas, como raízes mais profundas e de uma maior exploração
do solo, ou através de um ajustamento osmótico são estratégias capazes de estabilizar e
aumentar o fluxo de assimilados encaminhados para as sementes em desenvolvimento (Bruce
et al., 2002).
Algumas das alterações metabólicas que ocorrem como resultado da seca são, elas
próprias, uma consequência da resistência do aparelho fotossintético à desidratação (Cornic,
2000).
Enquanto as árvores e os arbustos desenvolveram estratégias de tolerância e de evitar
o stresse, as plantas herbáceas e as anuais dependem maioritariamente do crescimento rápido
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
17
2. Introdução Geral
para escapar aos “stresses de Verão”, bem como das respostas rápidas da maquinaria
fotossintética e do metabolismo do carbono aos sinais iniciais do stresse, incluindo
armazenamento de reservas no caule ou nas raízes (Chaves et al., 2002).
A actividade da invertase aumentou sob stresse moderado e diminuiu drasticamente
com a imposição de um défice hídrico severo. A resposta particular da invertase pode estar
relacionada com o papel central desempenhado por esta enzima na modelação das respostas
da planta aos stresses biótico e abiótico (Roitsch et al., 2003).
O tremoceiro (Lupinus albus L.) sujeito a stresse hídrico mantém a sua produção de
sementes devido à sua capacidade de acumular temporariamente assimilados nas partes aéreas
que mais tarde são encaminhadas para as vagens, durante o estádio de formação das sementes
(Chaves et al., 2002). Essa capacidade do tremoceiro, confirma os dados anteriores de
Withers e Forde (1979 in Chaves et al., 2002) demonstrando que o stresse hídrico estimula a
capacidade de depósito das sementes e vagens.
No caso da azinheira e do sobreiro, a regulação da fotossíntese foi associada com o
aumento da actividade do ciclo das xantofilas e com a diminuição simultânea na concentração
de clorofila da folha, as quais foram observadas durante o período de Verão. Em videiras
sujeitas a precipitação natural após um período prolongado de seca, observou-se uma
diminuição do conteúdo em xantofilas e da eficiência dos centros de reacção abertos do PSII,
resultantes da diminuição da quantidade de proteínas e clorofila (Maroco et al., 2002).
O tremoceiro também é capaz de remover o excesso de energia luminosa através da
dissipação térmica, associada com um aumento da concentração de xantofilas – zeaxantina e
anteraxantina – à custa de violaxantina, como foi observado a meio do dia, especialmente em
plantas sujeitas a stresse hídrico (Chaves et al., 2002).
As temperaturas às quais a planta foi sujeita durante o crescimento também
influenciam a quantidade total de xantofilas relativamente à de clorofilas presentes, ocorrendo
os valores mais elevados em plantas cultivadas num regime de temperaturas mais baixas
(15ºC dia/10ºC noite) comparativamente com o que sucede em plantas cultivadas a
temperaturas mais elevadas (25ºC dia/20ºC noite). A presença de uma maior quantidade de
xantofilas nas plantas no regime de temperaturas mais baixas pode servir como um
mecanismo de protecção das folhas, comparativamente com as plantas cultivadas a
temperaturas mais elevadas, onde a concentração de clorofila é quase o dobro (Chaves et al.,
2002).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
18
2. Introdução Geral
Apesar da enorme quantidade de informação acumulada, a compreensão das alterações
metabólicas e da forma como as diferentes vias comunicam entre si necessita de um maior
aprofundamento.
2.5.
2.5.3. Solutos Compatíveis e Ajustamento Osmótico
O ajustamento osmótico faz parte dos mecanismos que evitam a seca mantendo a
turgescência, através do aumento e manutenção da quantidade de solutos compatíveis
intracelulares no citosol e vacúolo. Tem sido demonstrado que este mecanismo é de particular
importância entre todos os mecanismos adaptativos ao stresse hídrico (Bohnert et al., 1995;
Bohnert e Shen, 1999; Heuer, 2003; Nayyar, 2003; Marques da Silva e Arrabaça, 2004a).
Estudos realizados indicam que ajustamento osmótico mais elevado pode ser um dos
factores decisivos na tolerância ao stresse, oferecendo vantagens, no caso do milho. No caso
do trigo, planta que possui um ajustamento osmótico mais baixo, o desempenho é inferior em
condições de défice hídrico (Nayyar, 2003).
A importância da acumulação de solutos compatíveis já tinha sido reconhecida há
muito tempo (Jefferies et al., 1979).
O tipo de osmólitos e a capacidade de os acumular durante o stresse pode variar entre
diferentes tipos de plantas (Nayyar, 2003; Larher et al., 2003) e especificar diferentes
mecanismos adaptativos.
Muitos dos solutos compatíveis são osmorreguladores, isto é, metabolitos cuja alta
concentração celular reduz significativamente o potencial osmótico, e, portanto, são
considerados responsáveis pelo ajustamento osmótico. Também podem ter outras funções,
nomeadamente na protecção de enzimas e na estrutura das membranas e na eliminação de
ROS, designando-se neste caso de osmoprotectores (Bohnert e Shen, 1999).
As características dos bons osmoprotectores incluem ser hidrofílicos, não-tóxicos e
normalmente sem carga. Estas propriedades são semelhantes aos compostos usados como
crioprotectores para a preservação de células procariotas durante o congelamento (Cleland et
al., 2004). Existe um largo número de osmoprotectores orgânicos, incluindo o manitol, a
trealose, a prolina e a glicina betaína (Stoop et al., 1996; Cleland et al., 2004).
A maioria dos organismos aumentam a concentração celular de solutos compatíveis,
quando estão em perigo de desidratar, quer por efeito de seca quer pelo aumento da pressão
osmótica externa que acompanha, por exemplo, o aumento da salinidade dos solos (Delauney
e Verma, 1993). Os compostos que se acumulam são compatíveis com o metabolismo celular
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
19
2. Introdução Geral
normal em elevadas concentrações (Brown e Simpson, 1972 in Bohnert e Shen, 1999). A
adição de solutos compatíveis aumentou a estabilidade térmica de enzimas, e evitou a
dissociação do complexo gerador de oxigénio do PSII (Papageorgiou e Murata, 1995).
Um dos aspectos importantes no estudo dos solutos compatíveis é compreender a
mecânica da sua acção enquanto integrados numa resposta de toda a planta ao stresse, que
inclui a manutenção da homeostase dos iões e das relações hídricas, distribuição
carbono/azoto, alocação das reservas, ou armazenamento (e possivelmente difusão) de poder
redutor (Bohnert et al., 1995). O potássio, se disponível, pode funcionar como soluto
compatível em muitos organismos unicelulares (Bohnert e Shen, 1999). Se existir uma
concentração suficiente de potássio no solo, esta pode levar a uma exclusão do sódio mais
eficiente nas plantas superiores (Niu et al., 1995). Também aminoácidos e derivados de
aminoácidos, açúcares, polióis acíclicos e cíclicos, frutanos, e compostos quaternários de
azoto e enxofre agem frequentemente como solutos compatíveis (Delauney e Verma, 1993;
Vijn e Smeekens, 1999; Bohnert e Shen, 1999).
Foram propostos dois modelos para explicar os efeitos protectores ou estabilizadores
dos solutos compatíveis na estrutura e função das proteínas. O primeiro é denominado
“modelo de exclusão preferencial” (Arakawa e Timasheff, 1985), segundo o qual os solutos
compatíveis são largamente excluídos da película de hidratação das proteínas, que estabiliza a
estrutura da proteína ou promove as interacções proteína-proteína. Neste modelo, os solutos
compatíveis não disturbariam a água de hidratação das proteínas, mas iriam interagir com a
água presente no citosol. O segundo modelo, denominado “modelo da interacção
preferencial”, dá mais relevância às interacções entre os solutos compatíveis e as proteínas
(Schobert, 1977 in Bohnert e Shen, 1999). A película de hidratação das proteínas é crucial
para a sua estabilidade estrutural. Durante o défice hídrico, os solutos compatíveis podem
interagir directamente com os domínios hidrofílicos das proteínas e prevenir a sua
destabilização, ou podem substituir as moléculas de água na proximidade dessas regiões.
Embora os dois modelos possam parecer contraditórios, a verdadeira função dos solutos
compatíveis poderá ser explicada por ambos os modelos. As estruturas dos diferentes solutos
compatíveis poderiam suportar interacções hidrofóbicas, interacções de van-der-Waals, e
interacções de cargas, mas é necessário mais dados para comprovar estas hipóteses (Bohnert e
Shen, 1999).
Os solutos compatíveis também podem funcionar na remoção de ROS. As plantas e os
animais produzem radicais de oxigénio em resposta a uma variedade de stresses, entre os
quais os derivados de ataques patogénicos. Dados experimentais demonstraram que agentes
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
20
2. Introdução Geral
patogénicos fúngicos são protegidos pela síntese e excreção de manitol, provando-se que este
é capaz de remover ROS (Halliwell et al., 1988 in Bohnert e Shen, 1999).
Através de experiências que comparavam as capacidades de remoção de radicais por
diferentes solutos compatíveis, verificou-se que o manitol, o sorbitol, o glicerol, a prolina, o
ononitol e o pinitol eram capazes de o fazer, embora a diferentes concentrações in vitro,
enquanto que à glicina betaína não lhe foi atribuída esta função. A eficiência relativa destes
compostos para eliminar radicais parece dependente das suas constantes de reacção com
radicais hidroxilo (Bohnert e Shen, 1999).
Utilizando condições diferentes, como iluminação com luz forte, tratamento com metil
viologénio, geração de H2O2, e infiltração de DMSO, foi demonstrado que as plantas
contendo manitol nos seus cloroplastos apresentavam uma capacidade superior de manter
elevadas taxas de fixação de carbono e um menor branqueamento clorofilino (Shen et al.,
1997b). Experiências posteriores demonstraram que o manitol eliminava especificamente os
radicais hidroxilo mas não eliminava peróxido de hidrogénio ou radical de oxigénio (Shen et
al., 1997a)
Demonstrou-se que algumas enzimas do ciclo de Calvin eram predominantemente
afectadas por radicais hidroxilo. A fosforibulocinase (PRK), e provavelmente outras enzimasSH do ciclo de Calvin, demonstraram sensibilidade aos radicais hidroxilo, e a actividade da
PRK foi protegida pela presença de manitol (Shen et al., 1997a).
Assim, a síntese e transporte de solutos compatíveis permitem a protecção contra os
efeitos directos (por hidratação) e indirectos (por eliminação de radicais livres) do stresse
hídrico (Griffiths e Parry, 2002).
As vias que levam à sua síntese estão ligadas a vias do metabolismo geral com
elevadas taxas de fluxo. Exemplos disso são a via biossintética do manitol (Stoop et al.,
1996), a via biossintética da prolina (Delauney e Verma, 1993), a síntese de glicina betaína
(Hanson et al., 1985), e a via que conduz à formação de inositol metilado, D-pinitol (Ishitani
et al., 1996).
O manitol é um açúcar-álcool com grupos hidroxilo composto por seis carbonos, que
se encontra distribuído por todo o reino vegetal. Investigações têm demonstrado que as
espécies capazes de o metabolizar têm vantagens na tolerância ao stresse, nomeadamente um
aumento da tolerância ao stresse hídrico e salino (funcionando como um soluto compatível) e
também no papel que desempenha na resposta aos ataques de agentes patogénicos. Desta
forma, o manitol desempenha, aparentemente, um papel importante quer nas respostas ao
stresse biótico, quer nas respostas ao stresse abiótico.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
21
2. Introdução Geral
Os açúcares osmoprotectores são a forma reduzida de açúcares da classe das aldoses e
cetoses. Devido à estrutura dos grupos hidroxilo reproduzir a estrutura da água, pensa-se que
estes compostos mantenham uma esfera de hidratação artificial em redor das macromoléculas
(Schobert, 1977 in Bohnert e Shen, 1999).
Alguns solutos, não respondem ao stresse por acumulação a níveis elevados mas são
protectores mesmo a baixas concentrações (Holmström et al., 1996 in Bohnert e Shen, 1999),
podendo estar envolvidos em mecanismos não-osmóticos, como por exemplo eliminação de
ROS. É exemplo disto a trealose.
A prolina e os compostos quaternários de amónio (QCA) (por exemplo, a glicina
betaína, colina, prolina betaína) são osmólitos chave que contribuem para o ajustamento
osmótico em muitas espécies cultivadas e acumulam-se sob condições de stresse ambiental
(Hare et al., 1999; Heuer, 2003; Nayyar, 2003; Larher et al., 2003). A prolina tem sido
implicada no alívio da acidose citoplasmática, na manutenção da relação NADP+/NADPH em
valores compatíveis com o metabolismo, como antioxidante compatível com proteínas, para
além do seu papel importante no desenvolvimento da planta em condições sem stresse (Hare
et al., 1999; Raymond e Smirnoff, 2002).
Foi demonstrado, no milho, que a prolina desidrogenase (PDH), a primeira enzima na
via oxidativa da prolina, é regulada durante o stresse hídrico mas não é afectada por
tratamentos com ABA, sugerindo uma regulação mediada pela seca e independente do ABA
(Dallmier e Stewart, 1992). Uma rápida indução da actividade da PDH, durante a recuperação
do stresse, é consistente com a importância da acumulação da prolina durante o stresse como
uma reserva de carbono, azoto e energia rapidamente mobilizável (Hare et al., 1999).
Foi sugerido que as alterações induzidas pelo stresse na síntese e degradação da
prolina podem afectar a expressão dos genes da planta, para além da visão mais clássica do
seu papel no ajustamento osmótico e nos efeitos metabólicos da sua acumulação (Hare et al.,
1999; Raymond e Smirnoff, 2002).
Estes dados sugerem que a PDH pode ser incluída nos alvos a seleccionar na
resistência à seca nas culturas pretendidas (Bruce et al., 2002).
Verificou-se que a aplicação exógena de prolina estimula o crescimento das células e
das plantas e melhora o metabolismo, em condições de stresse (Heuer, 2003). Contudo,
também foram descritos efeitos negativos (Manetas et al., 1986; Rodriguez e Heyser, 1988,
Lin e Kao, 2001). A aplicação exógena de prolina (100 mM) diminui a síntese de prolina em
células de milho em suspensão (Xin e Li, 1993). Tem sido demonstrada uma relação entre a
síntese de prolina e a tolerância à seca e ao stresse salino em plantas de tabaco que expressam
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
22
2. Introdução Geral
a enzima da via sintética da prolina, ∆1-pirrolina-5-carboxilato sintetase (P5CS) (Kishor et
al., 1995).
A glicina betaína é um osmoprotector muito comum que é utilizado por muitas
bactérias, bem como algumas Archaea halofíticas (Galinski e Trüper, 1994). Também é um
osmoprotector comum nos animais, nas plantas e outros eucariotas (Rhodes e Hanson, 1993
in Cleland et al., 2004). A glicina betaína é um crioprotector simples e útil que funciona para
uma vasta gama de organismos procariotas sob diferentes regimes de criopreservação
(Cleland et al., 2004).
Os QCA, como a glicina betaína, em baixas concentrações, podem melhorar a
tolerância ao stresse salino e ao frio, possivelmente por protecção dos complexos proteicos
fotossintéticos (Holmström et al., 2000), reduzindo a peroxidação lipídica das membranas,
estabilizando as enzimas e as membranas durante as condições de stresse (Bohnert e Shen,
1999; Sakamoto e Murata, 2000).
A aplicação exógena de glicina betaína aliviou os efeitos dos stresses hídrico, salino e
térmico (Harinasut et al., 1996, Agboma et al., 1997, Rajashekar et al., 1999 in Heuer, 2003).
Tal como na prolina, também existem dados sobre a resposta negativa à aplicação exógena de
glicina betaína (Kishitani et al., 2000 in Heuer, 2003).
Estudos realizados com aplicação de cálcio (Ca2+), revelaram que o milho apresentava
uma acumulação de prolina significativamente mais elevada enquanto que o trigo mostrou
relativamente uma maior acumulação de QAC’s (Nayyar, 2003).
As partes aéreas do milho sujeitas a stresse possuíam um maior Ψw, ajustamento
osmótico, taxa de elongação e menor perda de electrólitos, do que as de trigo. O Ca2+ elevou a
acumulação de osmólitos em ambas as plantas mas o ajustamento osmótico foi menos
sensível a ele. Na presença de Ca2+, o trigo mostrou significativamente maior acumulação de
osmólitos, maior Ψw, e maior taxa de elongação do que no milho. Os inibidores de Ca2+
reverteram parcialmente os efeitos do cálcio, indicando o seu envolvimento no controlo da
acumulação de solutos (Nayyar, 2003).
Tem sido atribuído ao Ca2+ o papel de mensageiro secundário e transdutor de sinal de
vários estímulos de stresse (Sanders et al., 1999). Também tem sido demonstrado o seu
envolvimento na ligação da percepção do stresse com as várias respostas celulares adaptativas
(Torrecilla et al., 2000). O Ca2+ tem sido implicado na protecção contra o stresse por
estabilização das membranas e reduzindo os danos oxidativos (Larkindale e Knight, 2002).
Tem sido sugerido que o aumento no Ca2+ citosólico induzido pelo stresse funciona como
gestor da osmorregulação, uma vez que um aumento no Ca2+ citosólico actua como regulador
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
23
2. Introdução Geral
da síntese de prolina. A indução do transcrito para a enzima P5CS, em Arabidopsis, foi
inibida por bloqueadores de canais de Ca2+ (Knight et al., 1997).
Resumindo, a sobre-produção de prolina e QAC’s devido à aplicação de Ca2+ pode
aumentar a protecção contra o stresse como já foi defendido em estudos anteriores (Hare et
al., 1999; Raymond e Smirnoff, 2002).
Num futuro próximo, poderá recorrer-se à transformação genética para direccionar
diferentes solutos compatíveis para diferentes locais subcelulares para protecção da
ultraestrutura dos organitos e das enzimas, e para diferentes órgãos, levando a um aumento na
tolerância da planta ao stresse (Bohnert e Shen, 1999).
2.6.
2.6. Técnic
Técnicas de Melhoramento e Selecção para Tolerância ao
Stresse Hídrico
Hídrico
Ao longo dos anos, os produtores de milho têm apostado na criação de híbridos com
maior potencial de rendimento na produção de grão, melhor estabilidade deste rendimento e
melhor qualidade de grão para os consumidores (Bruce et al., 2002). A compreensão da
natureza destas características, especialmente em ambientes predispostos ao stresse, permitirá
melhorar o processo de melhoramento das plantas.
Cerca de metade do melhoramento do rendimento de produção das últimas décadas foi
devida à mecanização da agricultura, melhor gestão dos terrenos agrícolas e aumento das
densidades de cultivo. Os melhoramentos genéticos contribuíram para a outra metade do
aumento de produção (Duvick, 2001).
Para o milho, o período compreendido entre a polinização e o início do
desenvolvimento do grão é o mais sensível ao stresse hídrico, quando comparado com os
estádios antes da floração e no final do desenvolvimento do grão. Como resultado da selecção
para melhores desempenhos em ambientes com recursos hídricos limitados, o germoplasma
tropical demonstrou um número final reduzido de espiguetas e uma formação de sedas
precoce e vigorosa. Nas características secundárias, incluem-se o aspecto sempre verde, e
reduções na esterilidade, biomassa radicular e enrolamento foliar (Bruce et al., 2002).
Os processos de selecção baseiam-se no elevado rendimento de produção de grão,
janela de reprodução alargada e um baixo nível de senescência foliar em condições de stresse
crítico ou stresse intermédio, e rendimento de produção adequado, pequenas bandeiras e
folhas verticais em condições ideais de irrigação (Bruce et al., 2002).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
24
2. Introdução Geral
O rendimento da produção de grão é uma característica complexa e está dependente de
muitos factores incluindo crescimento vigoroso, fornecimento adequado de água e nutrientes,
melhor captação e conversão da luz solar em energia química, e superioridade genética
(Russel, 1991 in Bruce et al., 2002).
Com os híbridos mais recentes obtêm-se maiores rendimentos de produção
comparativamente com linhas mais antigas. Os aumentos resultam de um melhor desempenho
em densidades de cultivo mais elevadas. Impondo densidades de plantas mais elevadas
geram-se sintomas de resposta ao stresse no milho e reduz-se o rendimento de produção por
planta (Modarres et al., 1998; Tollenaar e Wu, 1999; Andrade et al., 1999). Contudo, esta
redução é compensada pelo aumento do número de plantas por unidade de área, o qual
aumenta o rendimento geral de produção.
É provável que linhas seleccionadas para um melhor desempenho em elevadas
densidades de cultivo apresentem uma maior tolerância a condições de stresse hídrico e viceversa, especialmente se os processos que afectam o desenvolvimento da maçaroca quando a
fotossíntese diminui são afectados por ambos os stresses (Bruce et al., 2002).
Elevadas densidades de cultivo criam, obviamente, maior competição para os recursos
disponíveis, como captação de radiação solar e aquisição de água e nutrientes pelos sistemas
radiculares de plantas sujeitas a essa compactação (Scheiner et al., 2000 in Bruce et al.,
2002). O aumento da densidade de cultivo leva a uma menor quantidade de água disponível
por planta e a um acelerar na ocorrência dos sintomas de stresse hídrico à medida que a seca
progride (Tollenaar e Wu, 1999).
Geralmente utiliza-se apenas o rendimento de produção como um parâmetro de
selecção. Contudo, será necessário uma melhor compreensão dos componentes que para ele
contribuem.
O rendimento em termos de produção de grão é a principal característica na selecção.
A utilização de uma característica secundária permite um aumento de 20% de êxito na
selecção para o rendimento de variedades de milho, em condições de baixa concentração de
azoto, em comparação com uma selecção baseada apenas no rendimento da produção de grão
(Bänziger et al., 1997; Araus et al., 2002). Uma característica secundária apropriada é (1)
geneticamente associada com o rendimento da produção de grão sob seca; (2) altamente
hereditária; (3) de medição estável e fiável; (4) não-associada a perdas de rendimento sob
condições ideais de crescimento (Edmeades et al., 2001 in Bruce et al., 2002).
As características secundárias chave, sob seca, são esterilidade reduzida e reduzida
senescência foliar, e, com menor importância, epinastia ou enrolamento da folha em
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
25
2. Introdução Geral
condições de seca (Edmeades et al., 1999; Chapman e Edmeades, 1999). A inclusão de outras
características, como alterações nos sistemas radiculares, importa apenas incluir quando
forem testadas no campo e cumprirem estes parâmetros.
No milho, demonstrou-se a importância de alguns atributos das raízes que contribuem
para rendimentos mais elevados em ambientes propensos a stresse hídrico, tendo sido
identificado o QTL correspondente (Tuberosa et al., 2002).
O desvio da biomassa radicular das zonas superiores do solo para as regiões mais
profundas poderia melhorar as probabilidades de encontrar novas fontes de água, revelando-se
desejável desde que ocorresse como resposta à seca dos solos (Bruce et al., 2002).
O aumento aparente da tolerância ao stresse, no germoplasma de milho de clima
temperado (Tollenaar e Wu, 1999), tem sido atribuído a um número de factores: (1) a
ocorrência de calor e seca em estufas sem irrigação disponível; (2) a utilização de elevadas
densidades de plantas durante o desenvolvimento de linhas híbridas; (3) testes em larga escala
de vastas áreas que incluem a utilização de estufas de Inverno; e (4) a utilização de
progenitores com rendimentos altos estáveis para formar a próxima colheita de cruzamentos
parentais.
A eficiência na identificação de genótipos com tolerância a stresse abiótico melhorada
necessita de um controlo cuidadoso do stresse hídrico imposto às variações genéticas dos
fenótipos, como por exemplo a fecundidade. Estes progressos devem-se a uma selecção
cuidadosa dos locais de teste. Assim, os ambientes teste necessitam ser estabelecidos onde a
probabilidade de stresse hídrico seja elevada, onde a duração e intensidade do stresse possam
ser modelados por irrigação, e onde haja semelhanças com a área de adaptação do
germoplasma analisado (Bruce et al., 2002).
Existem três elementos importantes da caracterização da seca, relevantes para que haja
uma correcta selecção da tolerância: timing, duração e intensidade do stresse. Os períodos de
stresse encontrados nas áreas de produção a nível mundial são transitórios, imprevisíveis e
medidos sem precisão, levando a diversas dificuldades no melhoramento para a tolerância à
seca (Bruce et al., 2002).
Existem três parâmetros de desempenho centrais para o desenvolvimento de híbridos
melhor adaptados ao stresse: (1) a produtividade média numa gama variada de ambientes; (2)
a estabilidade no rendimento; (3) a performance relativa entre os híbridos experimentais e as
variedades comerciais chave cultivadas nos mesmos ensaios (Bruce et al., 2002).
No milho, é importante considerar o número e tamanho das maçarocas geradas por
planta, uma vez que estes parâmetros são determinados em diferentes estádios do ciclo de
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
26
2. Introdução Geral
vida da cultura (Andrade et al., 1999; Edmeades et al., 1999). Desta forma, os factores que
afectam o desenvolvimento da maçaroca são alvos de investigação, com o intuito de obter
novo germoplasma, com maior capacidade de resposta ao stresse hídrico (Bruce et al., 2002).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
27
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
28
3. Metodologia Geral
3. Metodologia Geral
O trabalho experimental foi dividido em duas fases. Na fase I, mediram-se as trocas
gasosas e a emissão de fluorescência modulada da clorofila a de seis variedades portuguesas
de milho, sujeitas a stresse rápido e a stresse lento, com o intuito de seleccionar a variedade
mais sensível e a mais tolerante ao stresse hídrico. Na fase II, realizaram-se experiências que
permitiram aprofundar o conhecimento do comportamento estomático, do metabolismo do
carbono, do aparelho fotoquímico e da acumulação de solutos compatíveis, nas duas
variedades seleccionadas e nos dois tipos de indução do stresse hídrico.
Neste capítulo são apresentados os métodos que foram utilizados ao longo de todo o
trabalho experimental e que são comuns às duas fases.
3.1.
3.1. Material Vegetal
As sementes de milho (Zea mays L., das variedades AD3R, PB64, PB260, PB269,
PB304, PB369) provenientes do Banco Português de Germoplasma Vegetal (BPGV, Braga)
foram desinfectadas em lixívia comercial a 10%, durante 5 minutos, e colocadas em água
corrente durante 24 horas. Após este período foram colocadas 3 a 4 sementes em caixas de
Petri previamente esterilizadas, contendo papel de filtro embebido em água destilada, durante
uma semana, às escuras, numa câmara de crescimento climatizada à temperatura de
25ºC/18ºC (dia/noite).
As sementes germinadas foram colocadas em vasos (500 mL) com terra, contendo um
composto fertilizante na superfície do solo (10 N : 1 P : 1 K) (Neorgan, Shacham Givatada
Ltd., Israel), de modo a obter 0,3 Kg de composto.m-2. Os vasos foram colocados numa
câmara de crescimento climatizada, com condições controladas de fotoperíodo (16 horas),
temperatura (25ºC dia/18ºC noite), de densidade de fluxo fotónico fotossintético (PPFD)
(entre 400 e 500 µmol fotões.m-2.s-1) e de humidade relativa (aproximadamente 40%). As
plantas foram regadas sempre que necessário.
As plantas foram utilizadas nas experiências 45 dias após o início da germinação,
tendo as amostragens sido realizadas na porção média da última folha totalmente expandida
(correspondente à 7ª folha).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
29
3. Metodologia Geral
3.2.
3.2. Indução do Stresse Hídrico
Neste trabalho foram utilizados duas formas de indução do stresse. A indução lenta
(denominada neste trabalho de stresse lento) efectuou-se por supressão da rega durante uma
semana, após a qual se procedeu à irrigação das plantas, também durante uma semana, para
avaliação da recuperação do stresse hídrico. A indução rápida do stresse hídrico (denominada
neste trabalho de stresse rápido) foi obtida por excisão das folhas e sua exposição à atmosfera
do laboratório.
Com o stresse lento procuram-se criar condições semelhantes às que as plantas
encontram no ambiente natural ou agrícola, durante o período de Verão, em que os recursos
hídricos são mais escassos (Marques da Silva e Arrabaça, 2004a).
As experiências de stresse rápido procuraram simular o meio-dia, período do dia em
que a diferença de pressão de vapor entre a folha e a atmosfera é máxima (Marques da Silva e
Arrabaça, 2004a).
3.3.
3.3. Relações Hídricas
3.3
3.3.1.
.1. Determinação
Determinação do Teor Hídrico Relativo da Folha
O estado hídrico das folhas foi avaliado através do teor hídrico relativo (THR), que
permite determinar a quantidade de água num determinado tecido em relação à quantidade
máxima que esse tecido pode conter. Este parâmetro foi calculado segundo a equação
seguinte (Catsky, 1960):
THR (%) =
Pf – Ps
Pt – Ps
× 100
(Eq. 1)
em que Pf é o peso do material fresco, Pt é o peso do material túrgido e Ps é o peso do
material seco. O peso fresco das amostras nas experiências de stresse lento foi determinado
por excisão de uma pequena porção da folha e pesagem imediata numa balança de precisão
(BP 210D, Sartorius, Germany). As amostras foram depois colocadas em caixas de Petri com
água desmineralizada durante aproximadamente 24 horas, até atingirem o ponto máximo de
hidratação. As amostras foram pesadas, tendo-se tido o cuidado de, previamente, retirar o
excesso de água por ligeira pressão em papel absorvente. Deste modo, obteve-se o peso
túrgido. Por fim, colocaram-se as amostras numa estufa a 80ºC (TV30, W. Memmert,
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
30
3. Metodologia Geral
Schwabach, Germany), durante pelo menos 48 horas, obtendo desta forma o peso seco das
amostras.
Nas experiências de stresse rápido o procedimento foi semelhante, tendo, contudo,
sido utilizados os próprios segmentos da folha analisada para determinação do THR. Os
fragmentos foram pesados ao longo da experiência para ulteriormente se determinar os
correspondentes THR ao longo da experiência.
Foi determinada, sempre que necessário, a área das amostras com um medidor de
áreas (CI-202 Portable Leaf Area Meter, CID, Inc., Camas, Washington, USA).
3.3.2. Determinação do Teor Hídrico do Solo
O teor hídrico do solo (THS) foi calculado como a percentagem de massa de água em
relação à massa do solo (Costa, 1985). O solo foi sendo pesado ao longo de vários dias e a
quantidade de água medida com um higrómetro comercial (Ubbink, modelo 2125050,
Holanda), correlacionando a escala do aparelho com o THS para uma mais prática inferência
sobre o estado hídrico do solo ao longo das experiências. Para se obter a percentagem de água
no solo, procedeu-se à sua pesagem após um período de 72 horas numa estufa a 104ºC. O
THS máximo corresponde à sua capacidade de campo, em que o solo se encontra saturado,
após eliminação do excesso de água.
3.4
3.4. Medição das Trocas Gasosas por Análise de Gases por
Radiação Infra
Infranfra-Vermelha (IRGA)
A fotossíntese é um dos processos fisiológicos mais estudado nas plantas, sendo
necessário técnicas que permitam quantificar as trocas gasosas que ocorrem nos tecidos
vegetais. A importância de tais métodos no estudo das alterações fisiológicas em plantas
sujeitas a stresses ambientais é notória, permitindo uma avaliação do estado em que se
encontra a planta.
O desenvolvimento recente ao nível da electrónica permitiu a criação de sistemas
altamente complexos e sofisticados que fazem medições muito precisas. Simultaneamente,
desenvolveram-se as técnicas de processamento digital que permitem, com rapidez e precisão,
adquirir dados de uma forma fácil.
Os critérios para decidir qual é o método mais adequado para uma determinada
experiência incluem o gás a ser medido (O2 ou CO2), o meio em que as medidas vão ser
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
31
3. Metodologia Geral
realizadas (aquoso ou gasoso), o nível de actividade metabólica da amostra e a resolução do
aparelho, a gama de concentrações do gás a que a amostra vai ser sujeita (capacidade do
analisador), se as respostas são ou não rápidas (tempo de resposta do aparelho), a necessidade
de medições contínuas ou pontuais (sistemas abertos ou fechados), e se a amostra pode ou não
ser sujeita a um método de análise destrutivo (Hunt, 2003).
Os resultados deveriam ser avaliados utilizando uma combinação das tecnologias
disponíveis, combinando a fluorescência com as técnicas de trocas gasosas, preferencialmente
em associação com medidas grosseiras de O2 feitas utilizando um espectrómetro de massa
(Haupt-Herting e Fock, 2002).
O analisador de gases por radiação infra-vermelha (IRGA, do inglês Infra Red Gas
Analyser) consiste num sistema que permite realizar medições das trocas gasosas num sistema
aberto. Esta técnica segue o princípio de medição de gases por infra-vermelhos nãodispersivos (NDIR, em inglês), o qual permite medições de moléculas heteroatómicas (como
o CO2), através da absorção da radiação infra-vermelha em bandas específicas do espectro das
moléculas de gás. Desta forma, quanto maior a concentração de CO2, maior a quantidade de
radiação infravermelha absorvida pelas moléculas, logo menor a quantidade de radiação que
chega ao detector de Luft. A principal banda de absorção do CO2 é nos 4,25 µm com picos
secundários nos 2,66 µm, nos 2,77 µm e nos 14,99 µm (Hill e Powell, 1968 in Hunt, 2003).
Na calibração deve ser determinado o zero e também a quantidade de CO2 presente na
atmosfera. Actualmente, assume-se o valor de 370 ppm de CO2, como o valor atmosférico
(Hunt, 2003).
É necessário ter em conta a temperatura e a pressão a que se realiza a experiência
porque afectam a quantidade molar de CO2 por unidade de volume de ar (mol.m-3). O vapor
de água também poderá interferir com a medição, um vez que possui um pico nos 2,7 µm,
perto de um dos picos do CO2. Deve ser utilizado perclorato de magnésio para retirar a água,
mas não gel de sílica uma vez que este interfere com a quantidade de CO2 presente (Hunt,
2003).
Para uma medição correcta, é preciso ter em conta a taxa de fluxo que atravessa a
câmara, dado que as taxas de troca gasosa de CO2 dependem dela. Isto pode ser facilmente
obtido através da utilização de fluxómetros que permitam a medição e regulação do fluxo.
As taxas fotossintéticas são normalmente expressas em termos de µmoles de CO2 por
unidade de tempo e por um outro parâmetro da amostra (normalmente biomassa ou área).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
32
3. Metodologia Geral
Esta técnica da medição da troca gasosa do CO2 é utilizada em quase todos os estudos
fotossintéticos, uma vez que as alterações deste gás são proporcionalmente superiores ao do
O2 e assim mais fáceis de medir com precisão.
Neste trabalho foram utilizados dois modelos de IRGA (LCPro+ e LCA-2, ADC – The
Analytical Development Co., Ltd., Hoddesdon, England) no stresse lento da fase I, tendo sido
utilizado apenas o modelo LCPro+, nas restantes experiências.
As taxas das trocas gasosas e das condutâncias estomáticas foram calculadas
automaticamente no modelo LCPro+, e recorrendo às equações de von Caemmerer e Farquhar
(1981) e Long e Hallgren (1985, 1993) para o modelo LCA-2, de acordo com o descrito em
Marques da Silva (1999), e a eficiência do uso de água (WUE) foi calculada pela razão entre a
taxa fotossintética e a taxa transpiratória.
3.5
3.5. Medição da Fluorescência Modulada da Clorofila
Clorofila a
A fluorescência da clorofila a tornou-se numa das técnicas mais úteis nas áreas de
investigação da Fisiologia Vegetal e Ecofisiologia. Actualmente, muita da investigação em
fotossíntese, sobretudo em condições de stresse, inclui dados da fluorescência (Fracheboud et
al., 1999; Hymus et al., 1999; Maxwell e Johnson, 2000).
A energia luminosa absorvida pelas moléculas de clorofila in vivo pode ter três
destinos possíveis: pode ser utilizada para conduzir a fotossíntese (processo fotoquímico);
pode ser dissipada sob a forma de calor (processos não-fotoquímicos); ou pode ser reemitido
como luz (fosforescência ou fluorescência da clorofila). Existe competição entre estes três
processos (Maxwell e Johnson, 2000).
Através da medição da fluorescência da clorofila a, podem recolher-se informações
acerca da eficiência dos processos fotoquímicos e não-fotoquímicos. Actualmente, muitos
sistemas de medição utilizam luz de excitação modulada, permitindo ler apenas a
fluorescência resultante da excitação pela luz utilizada, podendo as medições ocorrer na
presença de luz ambiente. Estes aparelhos denominam-se por fluorómetros PAM (Pulse
Amplitude Modulated).
Embora a quantidade total de fluorescência da clorofila a seja muito pequena em
condições in vivo, representando apenas 3 ou 4% do total de luz absorvida (Björkman e
Demmig-Adams, 1995), a sua medição é muito simples. O pico de emissão de fluorescência
na zona do vermelho longínquo possui um comprimento de onda maior que o da luz
absorvida. Assim, o rendimento pode ser determinado expondo a folha a uma radiação
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
33
3. Metodologia Geral
fotossinteticamente activa de comprimento de onda definido e medindo a quantidade de luz
(fluorescência) emitida. Estas medições são apenas relativas, e qualquer análise necessita de
uma forma de normalização (Maxwell e Johnson, 2000).
Kautsky e os seus colaboradores descobriram que após a transferência de material
fotossintético do escuro para a luz, havia um aumento no rendimento da fluorescência da
clorofila a durante o período de cerca de 1 segundo. Este aumento tem sido descrito como
uma consequência da redução de aceitadores de electrões na via fotossintética, a jusante do
PSII, nomeadamente a plastoquinona, em particular a QA. Quando o PSII recebe luz e QA
recebe um electrão, não pode aceitar outro até ser passado para o transportador de electrões
posterior (QB). Durante este período de tempo, diz-se que o centro de reacção está fechado.
Em qualquer altura, a presença de uma proporção de centros de reacção fechados leva a uma
redução global da eficiência fotoquímica e ao correspondente aumento no rendimento da
fluorescência (Maxwell e Johnson, 2000; Hunt, 2003).
Em plantas adaptadas às escuras (todos os centros de reacção abertos) pode medir-se a
fluorescência basal (Fo) do sistema fazendo incidir na amostra uma luz de medição de PPFD e
frequência suficientemente baixa para não produzir actos fotoquímicos ou processos não
fotoquímicos. Se esta amostra for sujeita a um pulso saturante de luz actínica (entre 5000 e
10000 µmol fotões.m-2.s-1) durante 0,8 segundos, os centros de reacção ficam
momentaneamente fechados e, uma vez que os processos de dissipação de energia são
competitivos, tem-se um rendimento máximo da fluorescência (Fm). A expressão (Fm-Fo)/Fm,
normalmente referida como Fv/Fm, representa a eficiência máxima da conversão de energia
pelos centros de reacção abertos dos PSII. Este valor é altamente conservado, sendo cerca de
0,8 em plantas não sujeitas a stresse (Maxwell e Johnson, 2000; Hunt, 2003) e indica que é
necessária a energia de 9-10 fotões absorvidos para a produção de uma molécula de O2 na
fotossíntese (Walker e Osmond, 1986 in Hunt, 2003). Uma redução neste valor indica que o
PSII foi danificado devido a factores ambientais ou à aplicação de inibidores (Maxwell e
Johnson, 2000).
Normalmente, demora alguns minutos até a fluorescência atingir um estado de
equilíbrio (F’), quando o sistema é iluminado por luz actínica. Se a amostra for então sujeita a
um novo pulso de luz saturante, o rendimento da fluorescência aumenta até um valor máximo
(Fm’) inferior ao valor máximo (Fm) obtido durante o período em que a amostra esteve no
escuro. A expressão (Fm’-F’)/Fm’ representa o rendimento quântico efectivo do fotossistema II
(ΦPSII) (Genty et al., 1989). As medições da fluorescência permitem também a medição da
taxa de transporte de electrões (ETR) dada pela expressão ETR = ΦPSII × PPFD × 0,5 × 0,84,
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
34
3. Metodologia Geral
em que o factor 0,5 corresponde à fracção de fotões que chega ao PSII (relativamente ao PSI)
e o factor 0,84 corresponde à fracção de luz incidente que é absorvida pela folha.
Durante o primeiro segundo de iluminação, há um aumento do rendimento da
fluorescência da clorofila a. Contudo, a partir daí o nível de fluorescência volta a diminuir até
um valor constante. Este fenómeno denomina-se amortecimento da fluorescência e pode ser
explicado por dois processos. O primeiro refere-se ao aumento na taxa de transporte de
electrões no PSII, devido, sobretudo, à activação induzida pela luz de enzimas envolvidas no
metabolismo do carbono e à abertura dos estomas. Este amortecimento é denominado
amortecimento fotoquímico, do qual se pode calcular o coeficiente de amortecimento
fotoquímico (qP) que é dado pela expressão (Fm’–F’)/(Fm’–Fo’) onde Fo’ corresponde à
fluorescência basal mínima obtida quando a luz actínica é desligada. Simultaneamente, existe
um aumento na eficiência da conversão de energia em calor. Este processo é denominado
amortecimento não-fotoquímico, calculando-se o coeficiente de amortecimento nãofotoquímico (qN) que é dado pela expressão (Fm–Fm’)/(Fm–Fo’) (Müller et al., 2001). Por sua
vez, o amortecimento não-fotoquímico pode ser dividido em três componentes (Quick e Stitt,
1989): qE, que corresponde ao amortecimento de alta energia, resultante da energização dos
tilacóides devido ao aumento do gradiente de pH transmembranar; qT, que corresponde ao
amortecimento de transição do estado energético I para o estado energético II e que resulta da
fosforilação das proteínas dos complexos antena do PSII (LHCII); e qI, que corresponde ao
amortecimento fotoinibitório. De entre os três, qE é o maior componente de qN (Quick e Stitt,
1989). Numa planta típica, alterações nestes dois processos, qP e qN, estarão completas em
cerca de 15-20 minutos e um estado estacionário é atingido, embora o tempo necessário para
alcançar este estado possa variar significativamente entre espécies de plantas (Maxwell e
Johnson, 2000; Hunt, 2003).
Este é um método bastante vantajoso para avaliar o estado de uma planta uma vez que
é uma técnica não-invasiva, não havendo necessidade de destruir a amostra durante as
medições.
Neste trabalho foram utilizados dois fluorómetros PAM, um modelo mais simplificado
na fase I (PAM 210, Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany) e um modelo mais complexo
na fase II (PAM 101 Chlorophyll Fluorometer, Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany). Os
detalhes da sua utilização são descritos na metodologia dessas fases.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
35
3. Metodologia Geral
3.6. Medição da Libertação de O2
O eléctrodo de oxigénio de fase gasosa consiste num aparelho com um cátodo de
platina e um ânodo de prata ligados por um electrólito contendo KCl. Este conjunto está
separado da amostra por uma membrana permeável ao oxigénio. Aplica-se uma voltagem de
cerca de 0,7 V de modo a que o O2 seja reduzido a H2O2 (sendo depois reduzido a iões
hidroxilo) no cátodo de platina. Os quatro electrões necessários para a ocorrência desta
redução são fornecidos pela oxidação do ânodo de prata, formando-se cloreto de prata. O
fluxo entre o ânodo e o cátodo é directamente proporcional à concentração de O2 que se forma
nos cloroplastos da amostra (Hunt, 2003).
A câmara é fechada de modo a que o O2 se acumule na amostra durante a fotossíntese.
Esta técnica também pode ser utilizada para estudar a respiração, na qual se observa, neste
caso, uma depleção de O2.
A inclinação da curva fornece uma medida da taxa de troca gasosa para o O2, a partir
da qual se pode calcular a taxa fotossintética através da área da amostra. A calibração do
instrumento é realizada acertando o zero através da utilização de N2 e um valor máximo
saturando a câmara com O2.
Outro factor a ter em atenção é a temperatura a que se conduz a experiência, uma vez
que a solubilidade do O2 e a permeabilidade da membrana variam com este factor. Também é
importante ter especial cuidado com a membrana do eléctrodo uma vez que é muito sensível e
poderá comprometer as medições se estiver em mau estado (Hunt, 2003).
Pode-se medir as trocas de O2 num disco foliar que é selado na câmara. O eléctrodo
situa-se na parte inferior do disco, enquanto se fornece luz actínica na parte superior. Nas
paredes da janela da câmara circula água de modo a controlar a temperatura. Uma vez que o
volume da câmara é muito pequeno, fornece-se CO2 à câmara através de uma solução de
bicarbonato de potássio.
É necessário determinar o volume da câmara, injectando um volume de ar com uma
seringa. A alteração do sinal do eléctrodo de O2 pode ser utilizado para calcular o volume da
câmara, uma vez que depende na quantidade de O2 na seringa e na pressão do O2 (valores
conhecidos) (Hunt, 2003).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
36
3. Metodologia Geral
3.7. Medição de Actividades Enzimáticas
Num estudo envolvendo enzimas é necessário que a sua actividade seja preservada.
Desta forma é necessário haver uma paragem rápida da actividade metabólica, para evitar que
enzimas proteolíticas actuem sobre a enzima cuja actividade se pretende determinar (Marques
da Silva e Arrabaça, 2004b). Uma das formas de assegurar que tal acontece é congelar a
amostra em azoto líquido.
Também o processo de extracção das enzimas é um dos passos cruciais para a
avaliação da sua actividade, uma vez que é necessário manter as condições fundamentais de
funcionamento, de modo a minimizar perda de actividade. No entanto, a extracção de enzimas
solúveis, como é o caso da RuBisCO (EC 4.1.1.39), da PEPC (EC 4.1.1.31) e da EM-NADP
(EC 1.1.1.82), envolve sempre a ruptura da parede celular, normalmente através de
esmagamento manual em almofariz. No caso da RuBisCO de plantas C4, o problema agravase uma vez que está localizada nas células da bainha do feixe vascular, as quais apresentam
uma parede celular mais espessa (Edwards e Walker, 1983 in Marques da Silva, 1999).
Assim, é necessário que o meio de extracção possua condições que permitam manter a
conformação estrutural das enzimas. Factores como o pH, temperatura, presença de agentes
quelantes, como o EDTA, e concentração salina necessitam ser controlados no meio de
extracção.
Neste trabalho experimental, as enzimas RuBisCO, PEPC e EM-NADP foram isoladas
a partir de um extracto comum. A actividade da RuBisCO foi determinada por incorporação
de carbono radioactivo (14C), procedendo-se à sua medição num contador de cintilações,
permitindo calcular o carbono fixado num determinado período de tempo. Por outro lado, as
actividades da PEPC e da EM-NADP foram determinadas por espectrofotometria (ver 5.2.6).
3.8
3.8. Análise Estatística
Estatística
O tratamento estatístico dos resultados foi realizado recorrendo a análise e comparação
de modelos de regressão e análise de variâncias (ANOVA), recorrendo ao software GraphPad
Prism 4.0 (GraphPad Software Inc., USA).
Para cada par de variáveis, foram efectuadas uma regressão linear e uma regressão
quadrática, escolhendo o mais indicado através da realização de um teste F, admitindo sempre
um α de 0,05. Nas curvas de resposta da taxa fotossintética líquida à PPFD foi utilizada a
equação de Platt et al. (1980).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
37
3. Metodologia Geral
As curvas ajustadas foram apresentadas nos gráficos, com a respectiva equação, o
coeficiente de determinação e o nível de significância (p). Nos casos de ajuste da função
quadrática, é indicado o nível de significância em relação à função linear.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
38
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades
Portuguesas de Milho
4.1. Introdução
Nesta fase procedeu-se à análise de seis variedades portuguesas de milho (AD3R,
PB64, PB260, PB269, PB304, PB369) provenientes do Banco Português de Germoplasma
Vegetal (BPGV, Braga).
De modo a seleccionar a variedade mais tolerante e a mais susceptível ao stresse
hídrico, foram efectuadas medições de trocas gasosas e de fluorescência modulada da
clorofila a, nos dois sistemas de indução de stresse hídrico propostos.
4.2. Metodologia
4.2.1. Material Vegetal
Foram utilizadas as variedades de milho AD3R, PB64, PB260, PB269, PB304 e
PB369. As plantas foram obtidas segundo o descrito em 3.1..
4.2.2. Relações Hídricas
O THR e o THS foram determinados segundo o descrito em 3.3.1. e 3.3.2..
4.2.
4.2.3
2.3. Medição das Trocas Gasosas
Através da análise de gases no IRGA foi possível determinar vários parâmetros que
permitem caracterizar as trocas gasosas, como a taxa fotossintética (A), taxa transpiratória
(E), condutância estomática (gs) e a pressão parcial de CO2 no espaço intercelular (Ci), nas
folhas das seis variedades portuguesas de milho.
As medições nesta fase foram efectuadas em dois modelos de IRGA (LCPro+ e LCA2), ambos do mesmo fabricante (ADC – The Analytical Development Co., Ltd., Hoddesdon,
England). Inicialmente seria apenas utilizado o modelo LCPro+, mas devido a avaria deste
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
39
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
iniciou-se ulteriormente a utilização do modelo LCA-2. Deste modo, nas experiências de
stresse lento foram utilizados os dois modelos, enquanto que nas experiências de stresse
rápido foi apenas utilizado o modelo LCPro+.
Embora o modelo LCPro+ possua registo automático e controlo dos parâmetros
integrados, o modo de funcionamento dos dois IRGA é semelhante, à excepção de alguns
detalhes: no modelo LCPro+, a fonte luminosa era um LED que se colocava no topo da
câmara, enquanto que, no modelo LCA-2, a fonte de luz era a de um projector de slides
(Sawyer’s 302 Automatic, Belgium); a humidade e a temperatura no interior da câmara eram
controladas no modelo LCPro+, algo que não acontecia com o modelo LCA-2, embora fosse
possível a sua monitorização.
Os ensaios foram efectuados sob condições atmosféricas de CO2 (actualmente situa-se
próximo de 370 ppm). Para determinar a PPFD adequada a utilizar nesta fase, foi efectuado
um ensaio preliminar em várias plantas com o modelo LCPro+. A taxa fotossintética máxima,
sem fotoinibição visível na fotossíntese aparente, foi obtida com 870 µmol fotões.m-2.s-1 (ver
4.3.2.). Também foi determinado o período mínimo de iluminação das folhas para se atingir a
fotossíntese máxima, sendo este de 20 minutos. Contudo, foi utilizado nas experiências um
período de 30 minutos de iluminação para garantir a activação das enzimas do metabolismo
do carbono. Quando foi utilizado o modelo LCPro+, foi também seleccionada uma humidade
de 10 mbar e uma temperatura de 21ºC (correspondia a cerca de 25ºC ao nível da folha).
Nas experiências de stresse lento, foram utilizadas folhas não destacadas, procedendose à sua medição de 2 em 2 dias, ao longo de duas semanas. Apenas era destacada uma
pequena porção dessa folha para determinação do THR (segundo o descrito em 3.3.1.).
Nas experiências de stresse rápido, a primeira medição era efectuada na folha ainda
intacta, tendo sido realizadas ao longo de um dia. As medições posteriores foram efectuadas
na mesma área da folha mas já destacada da planta (fragmento com cerca de 8 cm de
comprimento), de modo a obter tecidos com diferentes níveis hídricos. No final da
experiência, o fragmento foi tratado segundo o descrito em 3.3.1..
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
40
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
4.2.4
4.2.4.
2.4. Medição da Fluorescência Modulada
Modulada da Clorofila a
As medições da fluorescência modulada da clorofila a foram efectuadas utilizando o
fluorómetro PAM 210 (Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany) ligado a um computador
possuindo o software de registo de dados DA-TEACH v1.11 (Heinz Walz GmbH, Effeltrich,
Germany).
O método utilizado foi idêntico nas experiências de stresse lento e de stresse rápido,
tendo sido utilizada a mesma folha analisada no IRGA.
Para medir a variação da área complementar (normalizada) à fase rápida da curva de
Kautsky, adaptou-se a folha ao escuro durante 10 minutos. Utilizou-se o Triggered Mode do
software mencionado, com as seguintes definições: o pulso de luz saturante com nível 10
(correspondendo à PPFD máxima obtida neste fluorómetro de 3500 µmol fotões.m-2.s-1,
considerando-se os pulsos de luz saturante suficientemente fortes para ocorrer o fecho dos
centros de reacção), luz de medição com nível 10, e os parâmetros de gain e damp
seleccionados para 1. Dado que o fabricante do PAM não indica os valores absolutos das
intensidades da luz de medição foi assumido que a luz de medição utilizada é suficientemente
fraca para manter os centros de reacção abertos.
Para determinar os vários parâmetros de fluorescência, utilizou-se o Saturated Pulse
Mode do software mencionado. Novamente, colocou-se a folha na escuridão, durante 5
minutos. Após este período de tempo, foi fornecido um pulso de luz saturante, de modo a
determinar o rendimento quântico máximo do PSII (Fv/Fm).
Para determinar o rendimento quântico efectivo do PSII (ΦPSII), a taxa de transporte
electrónico (ETR) e os coeficientes de amortecimento fotoquímico (qP) e não-fotoquímico
(qN) no software foi fornecida à folha uma luz actínica (nível 9, que corresponde a uma PPFD
de 840 µmol fotões.m-2.s-1, próxima à utilizada no IRGA), durante 30 minutos, período após o
qual se deu um pulso de luz saturante.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
41
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
4.3. Resultados e Discussão
Os ensaios realizados durante a primeira fase do trabalho permitiram a selecção de
duas variedades de milho distintas na sua resposta ao stresse hídrico, sendo uma tolerante e a
outra susceptível.
4.3.1. Relações Hídricas
De modo a monitorizar a quantidade de água disponível no solo, foi utilizado um
higrómetro comercial (Ubbink, modelo 2125050, Holanda), ao longo das experiências de
stresse lento, tendo sido feita uma calibração da escala do aparelho (estabelecida entre 1 e 10)
com o teor hídrico do solo (THS) (Fig. 4.1).
THS (%)
30
20
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Escala do Higrómetro
y = 13,96 + 0,3642x + 0,1065x2 (r2 = 0,94 ; p < 0,05)
Fig. 4.1 – Relação entre o teor hídrico do solo (THS) e a escala do higrómetro comercial, nas
experiências de stresse lento.
Através da análise do gráfico verifica-se que, quando se procedia à irrigação do solo, o
solo apresentava um THS próximo de 30% (valor 10 da escala do higrómetro), diminuindo
para cerca de 15% no final do período de stresse (valor 1 da escala do higrómetro).
A partir desta calibração e assumindo o THS de 30% como o máximo da capacidade
de retenção de água no solo, em que o solo está saturado e o higrómetro comercial
apresentava o valor 10, foi possível observar a diminuição da capacidade de campo relativa do
solo ao longo das experiências de stresse lento (Fig. 4.2), permitindo deste modo monitorizar
os recursos hídricos disponíveis às plantas das diversas variedades.
Após uma semana sem irrigação, o solo apresentava uma capacidade de campo
relativa de 50%. Contudo, a velocidade com que a mesma era atingida não foi semelhante nas
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
42
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
diferentes variedades devido essencialmente às diferentes taxas transpiratórias. A variedade
PB260 foi a que apresentou uma maior taxa de redução da capacidade de campo relativa ao
fim de 2 a 4 dias, enquanto a variedade PB64 foi a que apresentou a menor taxa de redução.
AD3R
PB64
100
Capacidade de campo
relativa (%)
Capacidade de campo
relativa (%)
100
80
60
40
0
2
4
6
8
10
80
60
40
12
0
Tempo (dias)
2
4
PB260
10
12
10
12
10
12
100
Capacidade de campo
relativa (%)
Capacidade de campo
relativa (%)
8
PB269
100
80
60
40
0
2
4
6
8
10
80
60
40
12
0
Tempo (dias)
2
4
6
8
Tempo (dias)
PB304
PB369
100
100
Capacidade de campo
relativa (%)
Capacidade de campo
relativa (%)
6
Tempo (dias)
80
60
40
0
2
4
6
8
10
80
60
40
12
0
Tempo (dias)
2
4
6
8
Tempo (dias)
Fig. 4.2 – Variação da capacidade de campo relativa do solo em função do tempo do ensaio, nas
experiências de stresse lento.
Consequentemente, as folhas de plantas de diferentes variedades também não se
encontravam no mesmo estado hídrico em cada momento. A variedade PB260 foi a que
apresentou a maior redução de THR ao fim de 4 e 6 dias (40%), enquanto que nas restantes
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
43
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
variedades uma diminuição significativa só se verificou ao fim de 6 dias, atingindo 60%,
embora a variedade PB269 já apresentasse uma ligeira redução no dia 4 (Fig. 4.3).
PB64
100
80
80
60
60
THR (%)
THR (%)
AD3R
100
40
40
20
20
0
0
0
2
4
6
8
10
0
12
2
4
8
10
12
10
12
10
12
PB269
100
100
80
80
60
60
THR (%)
THR (%)
PB260
40
20
40
20
0
0
2
4
6
8
10
0
12
0
2
Tempo (dias)
4
6
8
Tempo (dias)
PB304
PB369
100
100
80
80
60
THR (%)
THR (%)
6
Tempo (dias)
Tempo (dias)
40
20
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
0
12
0
Tempo (dias)
2
4
6
8
Tempo (dias)
Fig. 4.3 – Variação do teor hídrico relativo (THR) das folhas em função do tempo do ensaio, nas
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de diferentes plantas.
Após irrigação, os THR das variedades AD3R, PB64 e PB304 recuperaram para
valores próximos dos iniciais. Contudo, ao contrário das outras, a variedade AD3R apresentou
valores de 90% para 95%. As variedades PB260 e PB269 não passaram dos 80% e a
variedade PB369 não conseguiu recuperar para além dos 70%, demonstrando, as primeiras,
uma dificuldade moderada e, a última, uma dificuldade grande em recuperar os valores de
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
44
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
THR. Comparativamente com outros trabalhos, verifica-se que factores que influenciam a
imposição do stresse hídrico e a recuperação após irrigação incluem o tipo de solo, dimensões
do recipiente que contém a planta e a própria espécie vegetal analisada (Beardsell e Cohen,
1975; Collinson et al., 1997; Abraham et al., 2004), dificultando a comparação entre
diferentes estudos de stresse hídrico.
PB64
100
90
90
80
80
THR (%)
THR (%)
AD3R
100
70
60
70
60
50
50
40
40
30
0
100
200
30
300
0
Tempo (minutos)
y = 91,18 – 0,1858x (r2 = 0,96 ; p < 0,01)
90
90
80
80
THR (%)
THR (%)
100
70
60
70
60
50
50
40
40
30
200
30
300
0
Tempo (minutos)
PB304
300
PB369
100
90
90
80
80
THR (%)
THR (%)
200
y = 95,55 – 0,1783x (r2 = 0,98 ; p < 0,01)
100
70
60
70
60
50
50
40
40
30
100
100
Tempo (minutos)
y = 94,18 – 0,1528x (r2 = 0,98 ; p < 0,01)
0
300
PB269
100
100
200
y = 96,03 – 0,1259x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
PB260
0
100
Tempo (minutos)
200
30
300
0
Tempo (minutos)
100
200
300
Tempo (minutos)
y = 93,33 – 0,2106x (r2 = 0,97 ; p < 0,01)
y = 96,49 – 0,1922x (r2 = 0,98 ; p < 0,01)
Fig. 4.4 – Variação do teor hídrico relativo (THR) das folhas em função do tempo do ensaio, nas
experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
45
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Actualmente, existem abordagens experimentais em que se faz variar a duração e
intensidade da seca imposta a curto (5 dias) e longo prazo (2-3 semanas), uma vez que
parecem ter resultados significativamente diferentes (Griffiths e Parry, 2002; Marques da
Silva e Arrabaça, 2004a).
Nas experiências de stresse rápido, as diferentes variedades de milho também
apresentaram diferentes THR das folhas ao longo do ensaio para os mesmos intervalos de
tempo e para valores de humidade relativa semelhantes (Fig. 4.4).
No final destas experiências, as folhas da variedade PB64 possuíam um THR médio
de 60%, enquanto que as variedades PB260 e PB269 apresentavam um THR de 50% e as
restantes apresentavam THR de 40%. No entanto, realizando uma ANOVA do último ponto
registado em cada variedade, a diferença, em relação à variedade PB64, apenas foi
significativa nas variedades AD3R, PB304 e PB369, indicando uma maior perda de água,
nestas variedades, em stresse rápido.
O THR das folhas de todas as variedades diminuiu ao longo da imposição do stresse
hídrico nas experiências de stresse lento, embora com taxas diferentes. As variedades PB260
e PB269 atingiram valores mais baixos de THR foliar, tendo, no entanto, recuperado de forma
significativa após o início da irrigação, mas não atingindo os valores iniciais (Fig. 4.3). Tal
facto poderá estar relacionado com danos celulares ou perda de regulação estomática (Giles et
al., 1974; Franks e Farquhar, 2001) ou alterações estruturais que conduzam a um aumento do
tempo de recuperação dos níveis hídricos iniciais, devido a alterações do módulo elástico da
parede celular (Marshall e Dumbroff, 1999). Por outro lado, a variedade PB369 demonstrou
uma taxa mais lenta de recuperação do THR das folhas, relativamente às outras variedades.
Kim et al. (2004) obtiveram valores de THR semelhantes no milho mas num período de
stresse de cerca de 12 dias. Uma vez que o aspecto das folhas no final do ensaio era
semelhante ao observado neste trabalho, em que as folhas se encontravam enroladas segundo
o sulco central, Ivandic et al. (2000) sugerem que as diferenças poderão estar essencialmente
ligadas à diferença de capacidade de campo dos solos utilizados. Outro aspecto muito
importante nos estudos de stresse hídrico e recuperação é a velocidade de imposição stresse
hídrico e a duração do mesmo, os quais podem implicar diferentes respostas em variedades da
mesma espécie (Kim et al., 2004).
O solo utilizado revelou ser adequado a experiências de stresse lento, permitindo a
obtenção de stresse moderado e intenso, no período de uma semana. Após irrigação, o solo
voltou à sua capacidade máxima de retenção de água, permitindo o estudo do comportamento
nas variedades portuguesas de milho. Embora muitos investigadores tenham procedido ao
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
46
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
estudo dos efeitos do stresse hídrico sobre as plantas (Raymond e Smirnoff, 2002; Nayyar,
2003; Çakir, 2004; Marques da Silva e Arrabaça, 2004a, 2004b), o estudo da recuperação dos
diversos parâmetros fisiológicos, após irrigação do solo, tem sido, em parte, negligenciado,
não permitindo uma clarificação do seu efeito nesses parâmetros (Miyashita et al., 2005).
Nas experiências de stresse rápido, as variedades PB64, PB260 e PB269 apresentaram
as menores taxas de diminuição do THR ao longo do tempo, revelando um maior controlo
estomático comparativamente às variedades AD3R, PB304 e PB369. Uma vez que se
pretendia simular as condições do período de dia em que as plantas estão sujeitas a uma maior
intensidade luminosa, e em que existe um maior défice hídrico (Marques da Silva e Arrabaça,
2004a), as variedades PB64, PB260 e PB269 parecem conseguir manter o seu THR durante
um maior período de tempo, neste momento do dia.
Devido à variação do THR das folhas ao longo do tempo não ser igual para todas as
variedades, optou-se por apresentar os parâmetros analisados nos ensaios de trocas gasosas e
nos ensaios de fluorescência modulada da clorofila a em função do THR e não em função do
tempo.
4.3.2. Trocas Gasosas
A realização de um ensaio preliminar nas variedades PB260 e PB369 permitiu
averiguar qual a melhor PPFD a utilizar durante os ensaios (Fig. 4.5), em que a taxa
fotossintética fosse máxima e os efeitos da fotoinibição na fotossíntese aparente não fossem
visíveis.
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
PPFD (µ
µ mol fotões.m-2.s-1)
y = 20,34 * ((1 – exp (– 0,03805x / 20,34)) * exp (– 0,005627x / 20,34)
(r2 = 0,98 ; p < 0,01)
Fig. 4.5 – Variação da taxa fotossintética líquida (A) em função da densidade de fluxo fotónico
fotossintético (PPFD). Os pontos foram obtidos de 4 folhas de diferentes plantas das variedades
PB260 e PB369.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
47
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Chegou-se desta forma ao valor 870 µmol.m-2.s-1, quer por estar no intervalo com as
características pretendidas, quer por facilidade de programação no IRGA LCPro+ (ver 4.2.3.).
Este valor foi utilizado para as restantes variedades de milho, admitindo-se que apresentam
uma resposta semelhante a estas duas variedades, uma vez que estiveram sujeitas às mesmas
condições de crescimento. Nas variedades utilizadas no ensaio preliminar, pode observar-se
que, para PPFD superiores a 1000 µmol.m-2.s-1, a taxa fotossintética líquida apresenta uma
tendência para diminuir, tornando-se visível o fenómeno da fotoinibição (Ying et al., 2002).
Também as variações, dadas pelos desvios padrão para os diferentes pontos de PPFD, são
relativamente pequenas, o que proporciona alguma segurança sobre o comportamento das
restantes variedades.
4.3.2.1.
4.3.2.1. Stresse Lento
Na Fig. 4.6 está representada a variação da taxa fotossintética líquida (A) em função
do THR, nas diferentes variedades de milho, durante as experiências de stresse lento. É
importante referir que, neste trabalho, todos os parâmetros medidos em função do THR
apresentam pontos que são simultaneamente os últimos do período de stresse hídrico e os
primeiros para o início do período de recuperação, ocorrendo sobreposição dos mesmos.
Verifica-se que os valores máximos de A nas diferentes variedades variam entre os 15
e os 30 µmol CO2.m-2.s-1. Estes valores estão de acordo com os observados para o milho e
outras plantas C4 por outros autores em condições de crescimento idênticas (Maroco et al.,
1998; Marques da Silva, 1999). Os valores de THR a que A se anula também são diferentes
consoante as variedades, rondando os 60 a 65% nas variedades AD3R, PB64, PB304 e
PB369. Distinguem-se as variedades PB260 e PB269, em que A decresce suavemente num
gradiente até se anular a THR baixos, de 40 e 50% respectivamente, valores próximos dos
observados por Lal e Edwards (1996) para o milho. No entanto, durante a recuperação,
embora estas duas variedades recuperem a função fotossintética quase totalmente, não
recuperam o THR inicial (caixas a tracejado na Fig. 4.6). As variedades AD3R, PB64, PB304
e PB369 destacam-se por manifestarem um comportamento diferente. Possuem alguma
variação de A até THR de 70-80%, momento em que há uma quebra dessa função,
delimitando assim duas regiões de A em função do THR atingido (caixas fechadas na Fig.
4.6). Durante a recuperação, manifestam um comportamento idêntico mas no sentido inverso.
Contudo, estas quatro variedades recuperam o seu THR para valores iniciais mas, no geral,
não atingem a A inicial. A variedade PB369 destaca-se, ainda, por ser a única que apresenta
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
48
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
valores negativos de A, ou seja, em que a respiração é superior à taxa fotossintética, e que, de
um modo geral, apresentou maiores dificuldades em recuperar.
PB64
AD3R
30
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
30
20
10
0
30
40
50
60
70
80
90
20
10
0
30
100
40
50
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
PB260
80
90
100
80
90
100
PB269
30
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
70
Recuperação ()
30
20
10
0
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
20
10
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = – 5,731 + 0,1902x (r2 = 0,81 ; p < 0,01)
Stresse (∆; - -): y = 15,13 – 0,6625x + 0,007447x2
Recuperação ()
(r2 = 0,91 ; p < 0,01)
Recuperação (; –): y = 16,04 – 0,7276x + 0,008393x2
(r2 = 0,86 ; p < 0,05)
PB304
PB369
30
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
30
20
10
0
30
20
10
0
40
50
60
70
80
90
40
100
50
60
70
80
90
100
THR (%)
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.6 – Variação da taxa fotossintética líquida (A) em função do teor hídrico relativo (THR),
nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de diferentes plantas.
Resumindo, as variedades PB260 e PB269 vão ajustando a sua A à medida que o THR
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
49
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
diminui, conseguem ir até THR mais baixos e após irrigação recuperam significativamente a
A inicial. No entanto, PB260 apresenta valores inferiores de A na hidratação máxima. Por
outro lado, as variedades AD3R, PB64, PB304 e PB369 sofrem um anulamento abrupto da
sua A num valor limite de THR, com um comportamento ao qual se pode chamar “tudo-ounada”, e, embora recuperem o seu THR inicial, apresentam valores inferiores aos de A inicial,
após irrigação.
PB64
AD3R
0.3
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
0.3
0.2
0.1
0.0
30
40
50
60
70
80
90
0.2
0.1
0.0
30
100
40
50
80
90
100
Recuperação ()
Recuperação ()
PB269
PB260
0.3
gs (mol.m-2.s-1)
0.3
gs (mol.m-2.s-1)
70
Stresse (∆)
Stresse (∆)
0.2
0.1
0.0
30
60
THR (%)
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.2
0.1
0.0
30
100
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = 0,2576 – 0,009618x + 9,24e-5x2
Stresse (∆; - -): y = – 0,08262 + 0,002449x (r2 = 0,81 ; p < 0,01)
(r2 = 0,81 ; p < 0,05)
Recuperação (; –): y = – 0,07998 + 0,002487x
Recuperação (; –): y = 0,1093 – 0,00447x + 5,204e-5x2
2
(r = 0,76 ; p < 0,01)
(r2 = 0,83 ; p < 0,05)
PB304
PB369
0.3
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
0.3
0.2
0.1
0.0
30
40
50
60
70
80
90
0.2
0.1
0.0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.7 – Variação da condutância estomática (gs) em função do teor hídrico relativo (THR), nas
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
50
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Na Fig. 4.7 está representada a condutâmcia estomática (gs) em função do THR. Nas
folhas perto da hidratação total, as variedades AD3R, PB64, PB260 e PB304 apresentam gs
máximas entre os 0,10 e os 0,20 mol.m-2.s-1, valores de acordo com os observados no milho
(Maroco et al., 1999; Bruce et al., 2002; Goodger et al., 2005), destacando-se a variedade
PB269 com valores mais elevados (entre os 0,20 e os 0,30 mol.m-2.s-1) e a variedade PB369
com valores mais baixos a rondar os 0,10 mol.m-2.s-1. O momento em que se dá o fecho total
dos estomas também diverge nas variedades, ocorrendo na PB260 a THR perto dos 40% e,
por oposição, na PB64 ocorre logo aos 70%. A variedade PB260 parece ser também a mais
versátil, adaptando a sua gs de uma forma mais ou menos linear com a diminuição do THR.
Na variedade PB269 também ocorre alguma adaptação com a diminuição do THR, mas nas
restantes ocorre o já referido mecanismo de “tudo-ou-nada”: a maior parte das observações
numa janela estreita de THR elevados e amostras finais com valores muito baixos (quase
nulos) para níveis de THR inferiores.
Após irrigação, a gs das variedades AD3R, PB304 e PB369 recuperou para valores
próximos dos iniciais. No caso de AD3R é de notar que A não havia recuperado para os
valores iniciais embora gs sim. No caso da variedade PB64, embora THR tenha recuperado, os
valores de gs são inferiores aos iniciais. Na variedade PB260, existe a recuperação de gs mas
THR nunca recupera totalmente. Na variedade PB269, gs não recupera tal como acontece com
o THR. No caso da variedade PB369, uma vez que a A apresenta valores negativos para THR
em que gs ainda não se encontra perto dos valores nulos, poderá existir um efeito negativo do
stresse hídrico sobre o metabolismo fotossintético do carbono, nomeadamente o efeito do
stresse oxidativo na maquinaria fotossintética (Shen et al., 1997a; Kingston-Smith e Foyer,
2000; Chaves e Oliveira, 2004). Esta variedade possui um controlo estomático mais apertado,
em oposição à variedade PB269. PB369 necessitará de gs mais baixas de modo reduzir as
perdas de água, enquanto, na variedade PB269, o controlo possui uma regulação com uma
maior janela de acção, apresentando maiores perdas de água mas mantendo A até THR mais
baixos. Estes dados são cruciais na medida que fornecem informações importantes sobre
diferentes graus de tolerância destas variedades ao stresse hídrico.
A taxa transpiratória (E) acompanha a redução de A devido à diminuição da gs perto
da hidratação máxima (Fig. 4.8). A variedade PB269 apresenta um valor de 3 mmol H2O.m2 -1
.s , semelhante ao encontrado na espécie herbácea Poa pratensis, a qual apresenta uma
resistência moderada ao stresse hídrico (DaCosta et al., 2004), e a variedade PB369 o valor de
1,5 mmol H2O.m-2.s-1, este mais próximo do encontrado por Tang e Boyer (2002) para o
milho (1,6 mmol H2O.m-2.s-1). Contudo, a variedade AD3R apresenta uma E praticamente
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
51
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
nula a THR de 70%, enquanto que o mesmo acontece apenas para THR inferiores a 40% na
variedade PB260.
PB64
AD3R
3
E (mmol H2O.m-2.s-1)
E (mmol H2O.m-2.s-1)
3
2
1
0
30
40
50
60
70
80
90
2
1
0
30
100
40
50
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
80
90
100
80
90
100
PB269
3
E (mmol H2O.m-2.s-1)
3
E (mmol H2O.m-2.s-1)
70
Recuperação ()
PB260
2
1
0
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
2
1
0
30
100
40
50
60
70
THR (%)
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = 2,707 – 0,0981x + 0,0009918x2
Stresse (∆; - -): y = – 0,5858 + 0,02183x (r2 = 0,92 ; p < 0,01)
(r2 = 0,82 ; p < 0,05)
Recuperação (; –): y = – 1,209 + 0,03828x (r2 = 0,82 ; p < 0,01)
Recuperação (; –): y = – 1,434 – 0,05697x + 0,0007075x2
(r2 = 0,81 ; p < 0,05)
PB369
PB304
3
E (mmol H2O.m-2.s-1)
E (mmol H2O.m-2.s-1)
3
2
1
0
30
40
50
60
70
80
90
2
1
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.8 – Variação da taxa transpiratória (E) em função do teor hídrico relativo (THR), nas
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
52
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Após irrigação, todas as variedades recuperaram a sua E para valores próximos dos
observados inicialmente, à excepção da variedade PB64, que apenas recuperou parcialmente,
e da variedade PB269, o que está de acordo com os valores de gs registados.
Nas variedades AD3R e PB64 verifica-se um ligeiro aumento do Ci mas apenas nas
amostras finais (THR baixos) (Fig. 4.6).
PB64
500
400
400
Ci (ppm)
Ci (ppm)
AD3R
500
300
200
100
0
30
300
200
100
40
50
60
70
80
90
0
30
100
40
50
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
400
400
300
200
100
90
100
80
90
100
80
90
100
300
200
100
40
50
60
70
80
90
0
30
100
40
50
THR (%)
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
PB304
PB369
500
500
400
400
Ci (ppm)
Ci (ppm)
80
PB269
500
Ci (ppm)
Ci (ppm)
PB260
300
200
100
0
30
70
Recuperação ()
500
0
30
60
THR (%)
300
200
100
40
50
60
70
80
90
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆; - -): y = 522,7 – 3,937x (r2 = 0,76 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.9 – Variação da concentração interna de CO2 (Ci) em função do teor hídrico relativo (THR),
nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
53
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
As variedades PB260, PB269 e PB304 não apresentam variações significativas de Ci
com a diminuição do THR, embora a dispersão dos pontos aumente um pouco. Destaca-se a
variedade PB369 com um aumento de Ci significativo durante o período de stresse. Verificase, no entanto, uma manutenção de Ci para THR até 90%. O facto de ocorrer um aumento de
Ci para THR inferiores a 90%, poderá estar relacionado com a modificação física da folha
(distorção das células do mesófilo) (Giles et al., 1974; Lal e Edwards, 1996), ou com a
existência de barreiras internas como o pH, dificultando a difusão do CO2 nesta variedade de
milho (Marshall e Dumbroff; 1999; Marques da Silva, 1999), ou ainda com um aumento da
respiração (Lawlor e Cornic, 2002).
Nas variedades em que Ci variou, os valores regressaram aos iniciais, após irrigação,
retomando as variedades a assimilação fotossintética do carbono. No entanto, a variedade
PB369 apresentou valores de Ci bastante elevados durante a recuperação, o que, comparando
com a Fig. 4.6, revela a dificuldade que esta variedade apresentou em retomar a sua função
fotossintética.
Em relação à eficiência do uso da água (WUE), verifica-se uma maior susceptibilidade
ao stresse nas variedades AD3R e PB369, nas quais WUE se anula a THR de 50% (Fig. 4.10).
Embora AD3R possua a maior WUE das seis variedades, após irrigação recuperou para
valores inferiores aos iniciais. Por outro lado, durante a recuperação da variedade PB369, os
valores de WUE continuavam praticamente nulos a THR de cerca de 80%, embora para THR
superiores tenha recuperado para valores iniciais. A WUE da variedade PB64 não sofreu
variações significativas durante o período de stresse, verificando-se, num entanto, um ligeiro
aumento após o período de recuperação. De notar também que a variedade PB260, embora
não tenha sofrido variação de WUE até THR de 40%, não recuperou a sua WUE inicial, no
final do período de recuperação. A variedade PB304 também diminuiu a sua WUE para
metade da inicial a um THR de 40%, recuperando parcialmente após irrigação. A WUE da
variedade PB269 sofreu uma redução com a diminuição do THR mas após irrigação
recuperou para valores ligeiramente superiores aos iniciais (à excepção de dois pontos)
mesmo com THR na ordem dos 80-90%. Esta variedade parece ser a que possui um melhor
equilíbrio entre a capacidade fotossintética e a disponibilidade de água no solo. A maior ou
menor taxa de redução da WUE poderá estar relacionada com a velocidade a que o stresse
hídrico se desenvolve (Richardson e McCree, 1985), reflectindo uma das características de
tolerância à seca, como a adaptação deste parâmetro à água disponível.
Marques da Silva (1999) registou em Setaria sphacelata (planta C4) um THR de cerca
de 75% para a anulação de WUE. No entanto, nestas variedades de milho os valores de THR
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
54
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
registados em que tal sucedia eram inferiores. Tal facto poderá estar relacionado com o
fenómeno de enrolamento das folhas, que permite uma melhor WUE, uma vez que diminui as
perdas de água por transpiração e permite continuar a assimilação de CO2 (Richards et al.,
2002). Este fenómeno foi observado em todas as variedades analisadas. As diferenças entre
cada variedade poderão estar relacionadas com outros factores, nomeadamente nas diferenças
entre os módulos elásticos da parede celular que afectam a difusão do CO2, uma vez que a
rigidez da parede permite ou impede a passagem dos gases (Marshall e Dumbroff, 1999).
PB64
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ mol CO2 / mmol H2O)
AD3R
20
10
0
30
40
50
60
70
80
90
20
10
0
30
100
40
50
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ mol CO2 / mmol H2O)
10
50
60
70
80
90
40
50
70
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
PB304
10
60
70
80
90
100
80
90
100
PB369
WUE
(µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ
µmol CO2 / mmol H2O)
60
THR (%)
Recuperação ()
50
100
10
0
30
100
20
40
90
20
THR (%)
0
30
80
PB269
PB260
40
70
Recuperação ()
20
0
30
60
THR (%)
80
90
20
10
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.10 – Variação da eficiência do uso da água (WUE) em função do teor hídrico relativo
(THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de diferentes
plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
55
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Observou-se uma relação linear entre A e gs (Kim e Lieth, 2003) em todas as
variedades, à excepção do ocorrido durante o período de stresse na variedade PB269 (Fig.
4.11).
PB64
AD3R
30
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
30
20
10
0
0.0
0.1
0.2
0.3
20
10
0
0.0
0.4
0.1
0.2
0.3
0.4
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
Stresse (∆; - -): y = – 0,5661 + 141,6x (r2 = 0,91 ; p < 0,01)
Stresse (∆; - -): y = 1,295 + 75,44x (r2 = 0,65 ; p < 0,01)
Recuperação (; –): y = – 0,6958 + 93,45x (r2 = 0,91 ; p < 0,01)
Recuperação (; –): y = – 0,8057 + 139,9x (r2 = 0,66 ; p < 0,01)
PB260
PB269
30
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
30
20
10
0
0.0
0.1
0.2
0.3
20
10
0
0.0
0.4
0.1
gs (mol.m-2.s-1)
0.4
-1
gs (mol.m .s )
Stresse (∆; - -): y = 1,8 + 58,84x (r = 0,50 ; p < 0,01)
Stresse (∆; - -): y = 0,6314 + 132x – 176,7x2 (r2 = 0,90 ; p < 0,05)
Recuperação (; –): y = 1,935 + 40,97x (r2 = 0,49 ; p < 0,01)
Recuperação (; –): y = – 1,084 + 150,1x (r2 = 0,91 ; p < 0,01)
PB369
PB304
30
30
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
0.3
-2
2
20
10
0
0.0
0.2
0.1
0.2
0.3
20
10
0
0.0
0.4
gs (mol.m-2.s-1)
0.1
0.2
0.3
0.4
gs (mol.m-2.s-1)
Stresse (∆; - -): y = – 0,1462 + 111,2x (r2 = 0,91 ; p < 0,01)
Stresse (∆; - -): y = – 0,7673 + 139,4x (r2 = 0,90 ; p < 0,01)
Recuperação (; –): y = – 1,244 + 119,8x (r2 = 0,83 ; p < 0,01)
Recuperação (; –): y = – 2,22 + 127,4x (r2 = 0,96 ; p < 0,01)
Fig. 4.11 – Relação entre a taxa fotossintética líquida (A) e a condutância estomática (gs), nas
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
56
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Verificou-se que estes dados estão de acordo com os da WUE (Fig. 4.10). AD3R
possui a maior A para uma gs menor, mas durante o período de recuperação ocorre uma
diminuição desta relação, apresentado a recta um declive mais reduzido. Algo semelhante
acontece na variedade PB260. Por outro lado, a variedade PB64 possui uma relação superior
após a irrigação, apresentando uma A maior para uma gs mais baixa, comparativamente ao
período de stresse. Também em PB269 se observa uma A igual aos valores iniciais mas com
uma gs menor, o que justifica uma WUE superior durante a recuperação. Nesta variedade,
observa-se uma tendência para um estado de equilíbrio de A com o aumento de gs o que
revela alguma limitação não-estomática. Nas variedades PB304 e PB369 não houve
diferenças significativas entre o período de stresse e o período de recuperação, embora na
variedade PB304 não se tenham observado valores de A superiores a 15 µmol CO2.m-2.s-1,
durante a recuperação.
Estes dados estão, em parte, de acordo com os valores de Ci observados (Fig. 4.9). Se
A varia paralelamente a gs, então Ci permanece constante. Tal facto verifica-se em todas as
variedades, ocorrendo pouca variação desse parâmetro, à excepção do que acontece em
PB369, em que Ci aumenta, mas possivelmente devido a mecanismos que já foram discutidos
anteriormente.
Observa-se que A se anula quando os estomas não estão completamente fechados, o
que poderá indicar algumas limitações a nível do mesófilo. A nível ecofisiológico WUE
poderá ser importante para determinar a tolerância das variedades ao stresse hídrico, dado que
indica a capacidade de compromisso entre a perda de água e a assimilação de CO2, à medida
que ocorre o fecho estomático. Desta forma, as variedades AD3R, PB260 e PB269 são
aquelas que conseguem manter algum nível de A com gs muito reduzidas, mesmo com a
intensificação do stresse hídrico, enquanto que nas restantes variedades, principalmente na
PB304 e PB369, A anula-se quando os estomas ainda estão abertos.
Em todas as variedades, Ci encontra-se entre os 130 e os 230 ppm perto da hidratação
total, verificando-se uma relativa manutenção deste parâmetro com a variação de A (Fig.
4.12). Quando A se anula, Ci sofre um aumento para perto dos 300-350 ppm, valores
semelhantes aos encontrados noutras C4 (Marques da Silva, 1999). Em PB369, observam-se
valores superiores de Ci (cerca de 500 ppm) após a anulação da A, que poderão resultar, como
já foi referido, da distorção das células do mesófilo e entrada de CO2 através da cutícula,
associados a um módulo elástico mais elevado que impede a difusão de CO2 até aos locais de
carboxilação (Giles et al., 1974; Lal e Edwards, 1996; Marshall e Dumbroff, 1999), e ainda a
um aumento da respiração (Lawlor e Cornic, 2002).
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
57
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
PB64
AD3R
30
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
30
20
10
20
10
0
0
100
200
300
400
0
500
0
100
Ci (ppm)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
400
500
400
500
PB269
PB260
30
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
300
Ci (ppm)
30
20
10
20
10
0
0
100
200
300
400
0
500
0
100
Ci (ppm)
200
300
Ci (ppm)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
PB304
PB369
30
30
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
200
20
10
0
0
100
200
300
400
20
10
0
100
500
200
300
400
500
Ci (ppm)
Ci (ppm)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.12 – Relação entre a taxa fotossintética líquida (A) e a concentração interna de CO2 (Ci),
nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 a 5 folhas de diferentes plantas.
Na recuperação, os valores de Ci retomaram os iniciais para todas as variedades,
indicando uma retoma da assimilação fotossintética do carbono, embora as variedades AD3R
e PB304 apresentassem uma recuperação mais lenta dos valores iniciais.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
58
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Em suma, nos ensaios de stresse lento, observou-se nas seis variedades, com o
decréscimo do THR, uma diminuição geral dos parâmetros estudados (A, E, gs, WUE),
característica deste tipo de stresse (Turner, 1974; Lawlor e Cornic, 2002), com o decréscimo
do THR nas seis variedades. No entanto, Ci permaneceu relativamente constante num
determinado intervalo de THR, sofrendo um aumento à medida que se intensificava o stresse
hídrico. O facto dos valores de Ci se manterem com a diminuição do THR (Stuhlfauth et al.,
1988) e/ou aumentarem à medida que o THR atinge valores mais baixos (Marques da Silva,
1999) poderá dever-se à existência de barreiras internas à difusão de CO2 que dificultem o seu
acesso aos locais de carboxilação (Lawlor e Cornic, 2002), continuando, no entanto, a ocorrer
alguma difusão cuticular após o fecho estomático (Meyer e Genty, 1998; Tezara et al., 2003),
e um aumento da respiração (Lawlor e Cornic, 2002).
Uma vez que existem diferenças entre gs e A relativamente ao THR a que se anulam,
as condicionantes de A poderão estar relacionadas com factores não-estomáticos,
nomeadamente uma alteração do metabolismo. gs e E anulam-se a um THR inferior ao
verificado para A, indicando que existem trocas gasosas mas a fixação de CO2 é inferior à
taxa respiratória (Lawlor e Cornic, 2002).
4.3.2.2.
4.3.2.2. Stresse Rápido
Os valores de A nas experiências de stresse rápido são mais baixos em todas as
variedades quando comparados com os valores das experiências de stresse lento (Fig. 4.6).
Tal facto poderá estar relacionado com um curto período em que as plantas estiveram sujeitas
a temperaturas mais elevadas devido a avaria da câmara de crescimento. Alterando desta
forma as condições de crescimento, as plantas procederam a um ligeiro fecho dos estomas
(valores inferiores aos do stresse lento observados na Fig. 4.14), e, como tal, partindo de A
mais baixas também poderão ter-se anulado a THR mais altos. Com esta reserva, procedeu-se
à análise dos dados obtidos.
Nas experiências de stresse rápido verificou-se que A aparente se anulava a THR entre
60 e 70% nas diferentes variedades, à excepção de PB64 em que isso sucedeu a THR de cerca
de 85% (ver caixas da Fig. 4.13). Observa-se que, neste caso, a fotossíntese diminuiu mais
rapidamente que nas experiências de stresse lento (Fig. 4.6), sobretudo devido a um rápido
fecho dos estomas nestas condições (Fig. 4.14).
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
59
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
AD3R
PB64
20
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
20
15
10
5
0
50
60
70
80
90
100
THR (%)
-5
15
10
5
0
50
60
70
80
90
100
80
90
100
THR (%)
-5
y = 4,684 – 0,305x+ 0,003702x2 (r2 = 0,97 ; p < 0,05)
PB260
PB269
20
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
20
15
10
5
0
50
60
70
80
90
100
THR (%)
-5
15
10
5
0
50
60
y = – 17,2 + 0,2763x (r2 = 0,84 ; p < 0,01)
y = 2,923 – 0,2474x+ 0,003161x2 (r2 = 0,97 ; p < 0,05)
PB304
PB369
20
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
20
15
10
5
0
50
-5
70
THR (%)
-5
60
70
80
90
100
THR (%)
15
10
5
0
50
-5
y = 12,86 – 0,6169x+ 0,006596x2 (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
60
70
80
90
100
THR (%)
y = – 15,38 + 0,2578x (r2 = 0,70 ; p < 0,01)
Fig. 4.13 – Variação da taxa fotossintética líquida (A) em função do teor hídrico relativo (THR),
nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Relativamente à gs, e também como acontece em relação a A (Fig. 4.13), a mesma
anula-se a THR de cerca de 60-70% para todas as variedades, à excepção de PB64, que
diminui abruptamente até um THR na ordem dos 85% e depois mantém-se sem se anular (Fig.
4.14). Observa-se um rápido fecho dos estomas com a diminuição do THR, a partir do qual os
valores permanecem praticamente nulos, o que evita a perda de água através das folhas, nos
períodos de maior défice hídrico (Raschke, 1970).
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
60
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
AD3R
PB64
0.2
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
0.2
0.1
0.0
40
50
60
70
80
90
0.1
0.0
40
100
50
60
THR (%)
y = 0,1487 – 0,005555x+ 5,4142e-5x2 (r2 = 0,88 ; p < 0,05)
PB260
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
100
PB269
50
60
70
80
90
0.1
0.0
40
100
50
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
y = 0,2519 – 0,009277x + 8,3765e-5x2 (r2 = 0,88 ; p < 0,05)
y = 0,165 – 0,005727x + 5,084e-5x2 (r2 = 0,94 ; p < 0,05)
PB304
PB369
0.2
0.2
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
90
0.2
0.1
0.1
0.0
40
80
y = 0,975 – 0,02559x+ 0,0001691x2 (r2 = 0,69 ; p < 0,05)
0.2
0.0
40
70
THR (%)
50
60
70
80
90
0.1
0.0
40
100
THR (%)
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 0,1702 – 0,006466x + 6,1748e-5x2 (r2 = 0,99 ; p < 0,05)
y = 0,1132 – 0,003909x + 3,5903e-5x2 (r2 = 0,72 ; p < 0,05)
Fig. 4.14 – Variação da condutância estomática (gs) em função do teor hídrico relativo (THR), nas
experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Pode observar-se na Fig. 4.15, a diminuição de E com a diminuição do stresse hídrico,
muito semelhante a gs. De salientar as relativamente elevadas E da variedade PB64 mantidas a
baixos THR devido ao não anulamento da gs.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
61
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
AD3R
PB64
3
E (mmol.m-2.s-1)
E (mmol.m-2.s-1)
3
2
1
0
40
50
60
70
80
90
2
1
0
40
100
50
60
THR (%)
y = 2,023 – 0,07554x + 0,0007849x2 (r2 = 0,96 ; p < 0,05)
90
100
PB269
3
3
E (mmol.m-2.s-1)
E (mmol.m-2.s-1)
80
y = 14,23 – 0,3733x + 0,002504x2 (r2 = 0,70 ; p < 0,05)
PB260
2
1
0
40
50
60
70
80
90
2
1
0
40
100
50
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
y = 2,716 – 0,1089x + 0,001091x2 (r2 = 0,91 ; p < 0,05)
y = 2,688 – 0,09357x + 0,0008661x2 (r2 = 0,96 ; p < 0,05)
PB304
PB369
3
3
E (mmol m-2 s-1)
E (mmol m-2 s-1)
70
THR (%)
2
1
0
40
50
60
70
80
90
2
1
0
40
100
THR (%)
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 2,456 – 0,09103x + 0,0009155x2 (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
y = 0,7149 – 0,03273x + 0,0004125x2 (r2 = 0,75 ; p < 0,05)
Fig. 4.15 – Variação da taxa transpiratória (E) em função do teor hídrico relativo (THR), nas
experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Na Fig. 4.16 está representada a variação de Ci em função do THR, onde se observa
que até valores de THR próximos de 70-80%, Ci pouco varia (valores assinalados com caixas
nos gráficos). Este facto poderá estar relacionado com o facto de A e gs covariarem até este
valor de THR. Abaixo desse valor, à medida que o THR diminui observa-se um aumento de
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
62
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Ci, relacionado com os dados já referidos anteriormente (ver Fig. 4.9) Apenas na variedade
PB64, tal facto não se observa, em parte por não se terem obtido THR mais reduzidos, mas
também poderá resultar do facto de gs não se anular e o CO2 respirado ser libertado para o
exterior, não ocorrendo acumulação deste.
PB64
1000
750
750
Ci (ppm)
Ci (ppm)
AD3R
1000
500
250
0
40
500
250
50
60
70
80
90
0
40
100
50
60
THR (%)
y = 2639 – 55,16x + 0,3079x2 (r2 = 0,82 ; p < 0,05)
750
750
500
250
100
500
250
50
60
70
80
90
0
40
100
50
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
y = 3553 – 75,86x + 0,4261x2 (r2 = 0,67 ; p < 0,05)
y = 3531 – 76,96x + 0,4351x2 (r2 = 0,93 ; p < 0,01)
PB304
PB369
1000
1000
750
750
Ci (ppm)
Ci (ppm)
90
PB269
1000
Ci (ppm)
Ci (ppm)
PB260
500
250
0
40
80
y = 762,8 – 5,731x (r2 = 0,74 ; p < 0,01)
1000
0
40
70
THR (%)
500
250
50
60
70
80
90
0
40
100
THR (%)
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 3082 – 67,03x + 0,3751x2 (r2 = 0,84 ; p < 0,05)
y = 3305 – 69,44x + 0,9091x2 (r2 = 0,91 ; p < 0,05)
Fig. 4.16 – Variação da concentração interna de CO2 (Ci) em função do teor hídrico relativo
(THR), nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes
plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
63
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Relativamente à WUE, verificou-se sempre uma anulação da mesma para THR de
cerca de 70-75%, à excepção da variedade PB64 em que tal sucedeu a THR de 80% (Fig.
4.17). Esta variedade parece ter alguma sensibilidade ao stresse hídrico por indução rápida.
Todas as variedades apresentaram uma WUE de 5-6 µmol CO2 / mmol H2O perto da
hidratação total, semelhante às registadas por Kang e Zhang (2004) no milho, à excepção das
variedades PB304 e PB369 que possuem uma WUE ligeiramente mais elevada (8 µmol CO2 /
mmol H2O).
PB64
WUE
(µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
AD3R
10
5
0
50
60
70
80
90
100
THR (%)
-5
-10
-15
10
5
0
50
60
100
80
90
100
80
90
100
PB269
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
90
-10
PB260
5
0
50
60
70
80
90
100
THR (%)
-5
-10
-15
10
5
0
50
60
70
THR (%)
-5
-10
-15
PB304
PB369
10
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ mol CO2 / mmol H2O)
80
-15
10
5
0
50
-5
70
THR (%)
-5
60
70
80
90
100
THR (%)
-10
-15
10
5
0
50
-5
60
70
THR (%)
-10
-15
Fig. 4.17 – Variação da eficiência do uso da água (WUE) em função do teor hídrico relativo
(THR), nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes
plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
64
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Os valores negativos de WUE observados no gráfico resultam de existirem valores
negativos de A, provavelmente resultantes de respiração celular a stresse hídrico mais elevado
(THR foliar perto de 50%), associados a uma reduzida mas presente transpiração (Fig. 4.15).
AD3R
PB64
20
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
20
15
10
5
0
0.1
-5
0.2
gs (mol.m-2.s-1)
15
10
5
0
0.1
-5
y = – 2,554 + 179,8x – 595,8x2 (r2 = 0,98 ; p < 0,05)
PB260
PB269
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
10
5
0
0.1
0.2
gs (mol.m-2.s-1)
15
10
5
0
0.1
-5
y = – 0,5647 + 149,8x – 512,8x2 (r2 = 0,95 ; p < 0,05)
0.2
gs (mol.m-2.s-1)
y = – 1,645 + 180,2x – 659,8x2 (r2 = 0,99 ; p < 0,05)
PB304
PB369
20
20
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
gs (mol.m .s )
20
15
15
10
5
0
0.1
-5
-1
y = – 1,889 + 118,7x (r2 = 0,98 ; p < 0,01)
20
-5
0.2
-2
0.2
gs (mol.m-2.s-1)
15
10
5
0
0.1
-5
y = – 1,383 + 132,3x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
0.2
-2
-1
gs (mol.m .s )
y = – 1,617 + 159x (r2 = 0,96 ; p < 0,01)
Fig. 4.18 – Relação entre a taxa fotossintética líquida (A) e a condutância estomática (gs), nas
experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Comparando A com gs verifica-se que as variedades AD3R, PB260 e PB269
apresentam uma relação polinomial de segundo grau, enquanto que as variedades PB64,
PB304 e PB369 apresentam uma relação linear (Fig. 4.18). As primeiras conseguem manter
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
65
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
níveis de A mais ou menos constantes até uma determinada gs, o que indica uma maior
tolerância ao stresse hídrico, enquanto que as últimas diminuem a sua A consoante a gs,
perdendo em parte produtividade e demonstrando uma maior sensibilidade ao stresse hídrico.
De notar também que, tal como no stresse lento, as funções aplicadas não cruzam a
origem, ou seja, quando A se anula, os estomas não estão totalmente fechados, podendo
indicar algumas limitações a nível do mesófilo ou não-estomáticas (ver Fig. 4.11) (Lawlor,
2002), embora possa resultar da uma A real tão baixa que é “mascarada” pelo CO2 respirado.
AD3R
PB64
20
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
20
15
10
5
0
250
500
750
1000
Ci (ppm)
-5
15
10
5
0
250
PB260
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
1000
750
1000
750
1000
20
15
10
5
0
250
500
750
1000
Ci (ppm)
-5
15
10
5
0
250
500
Ci (ppm)
-5
PB304
PB369
20
20
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
750
PB269
20
15
10
5
0
250
-5
500
Ci (ppm)
-5
500
750
1000
Ci (ppm)
15
10
5
0
250
-5
500
Ci (ppm)
Fig. 4.19 – Relação entre a taxa fotossintética líquida (A) e a concentração interna de CO2 (Ci),
nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
66
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Na Fig. 4.19 verifica-se que, quando A varia, os valores de Ci se mantém constantes
num determinado intervalo (cerca de 130-230 ppm), tal como sucedia no stresse lento (Fig.
4.12). No entanto, quando A se anula, os valores de Ci aumentam para valores que chegam a
ser o triplo dos verificados em condições de hidratação total ou stresse moderado,
provavelmente devido a um aumento da respiração (Lawlor e Cornic, 2002).
A análise dos parâmetros das trocas gasosas nos ensaios de stresse rápido permitem
observar uma rápida resposta das variedades portuguesas de milho ao período do dia
correspondente a um maior défice hídrico e défice de pressão de vapor (Marques da Silva e
Arrabaça, 2004b). Uma resposta mais rápida a uma diminuição brusca do THR foliar é
fundamental para que as perdas de água sejam minimizadas e as plantas mantenham o seu
estado hídrico constante. Para tal é necessário uma optimização da regulação estomática por
parte das plantas de modo a que também as limitações não-estomáticas sejam minimizadas
com a perda de água (Raschke, 1970). Especificamente, na variedade PB64, gs e E não se
anulam e, portanto, pode desidratar mais facilmente a meio do dia. Por outro lado, nas
variedades PB260 e PB269, gs diminui num determinado intervalo sem ocorrer diminuição de
A e, desta forma, da produtividade.
Esta resposta rápida verificou-se em todas as variedades de milho. Os parâmetros
analisados (A, E, gs, WUE) anularam-se de uma forma mais rápida do que nos ensaios de
stresse lento. No caso do Ci, houve uma manutenção dos valores até um determinado THR
seguido de um aumento, tal como aconteceu no stresse lento.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
67
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
4.3.3. Fluorescência
Fluorescência Modulada
Modulada da Clorofila a
4.3.3.1
4.3.3.1.
.1. Stresse Lento
Na Fig. 4.20 está representada a variação da área complementar (normalizada pela
fluorescência basal) à fase rápida da curva de Kautsky, em função do THR, que nos permite
inferir sobre a dimensão do pool de quinonas (Lazár, 1999).
AD3R
PB64
1250
(mV*ms)/(F0*1000)
(mV*ms)/(F0*1000)
1250
1000
750
500
250
0
30
40
50
60
70
80
90
1000
750
500
250
0
30
100
40
50
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
PB260
(mV*ms)/(F0*1000)
(mV*ms)/(F0*1000)
90
100
80
90
100
80
90
100
PB269
750
500
250
40
50
60
70
80
90
1000
750
500
250
0
30
100
40
50
THR (%)
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
PB369
PB304
1250
(mV*ms)/(F0*1000)
1250
(mV*ms)/(F0*1000)
80
1250
1000
1000
750
500
250
0
30
70
Recuperação ()
1250
0
30
60
THR (%)
THR (%)
40
50
60
70
80
90
1000
750
500
250
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.20 – Variação da área complementar (normalizada) à fase rápida da curva de Kautsky em
função do teor hídrico relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos
de 4 ou 5 folhas de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
68
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Verifica-se que, à medida que o THR diminui, o pool de quinonas também diminui.
Pode observar-se que nas variedades AD3R, PB64 e PB304 a variação é maior, enquanto que
nas variedades PB260, PB269 e PB369 essa variação é menor. Na variedade PB260, só em
stresse intenso (THR entre 30 e 50%) é que a diminuição é visível.
Após a irrigação, a variedade AD3R demonstrou maior dificuldade na recuperação do
parâmetro, enquanto nas restantes variedades recuperou para valores próximos dos iniciais.
PB64
AD3R
0.8
Fv/Fm
(unidades relativas)
Fv/Fm
(unidades relativas)
0.8
0.6
0.4
0.2
30
40
50
60
70
80
90
0.6
0.4
0.2
30
100
40
50
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Fv/Fm
(unidades relativas)
Fv/Fm
(unidades relativas)
90
100
80
90
100
80
90
100
0.8
0.6
0.4
40
50
60
70
80
90
0.6
0.4
0.2
30
100
40
50
THR (%)
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
PB304
PB369
0.8
0.8
Fv/Fm
(unidades relativas)
Fv/Fm
(unidades relativas)
80
PB269
PB260
0.6
0.4
0.2
30
70
Recuperação ()
0.8
0.2
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.6
0.4
0.2
30
100
THR (%)
40
50
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.21 – Variação do rendimento quântico máximo do PSII (Fv/Fm) em função do teor hídrico
relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de
diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
69
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Relativamente ao Fv/Fm, verifica-se um valor perto de 0,8 unidades relativas perto da
hidratação total, descrito para a maioria das espécies vegetais em condições de ausência de
stresse (Fracheboud et al., 1999; Nogués e Baker, 2000; Maxwell e Johnson, 2000) (Fig.
4.21).
AD3R
PB64
0.5
ΦPSII
(unidades relativas)
ΦPSII
(unidades relativas)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
30
40
50
60
70
80
90
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
30
100
40
50
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
PB260
Φ PSII
(unidades relativas)
Φ PSII
(unidades relativas)
90
100
PB269
0.3
0.2
0.1
40
50
60
70
80
90
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
30
100
40
50
THR (%)
60
70
80
90
100
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
PB369
PB304
0.5
0.5
Φ PSII
(unidades relativas)
Φ PSII
(unidades relativas)
80
0.5
0.4
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
30
70
Recuperação ()
0.5
0.0
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.22 – Variação do rendimento quântico efectivo do PSII (ΦPSII) em função do teor hídrico
relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de
diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
70
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Até a um THR de 80% (stresse baixo), este parâmetro mantém-se constante entre as
0,7 e 0,8 unidades relativas. Com a diminuição do THR (agravamento do stresse), há um
decréscimo deste parâmetro até às 0,6 unidades relativas. As variedades AD3R e PB304
foram as únicas que apresentaram valores inferiores a este. No caso de AD3R, apresentou
valores inferiores a este no intervalo de THR de 50-70% (stresse moderado), e no caso de
PB304 apresentou um único ponto inferior a este para um THR de cerca de 40% (stresse
intenso). Tal facto indica um efeito negativo nos centros de reacção do PSII, provavelmente
devido a degradação dos componentes (van Wijk et al., 1994; Mattos et al., 1999; Maxwell e
Johnson, 2000). De qualquer modo, este parece ser um parâmetro bastante robusto e pouco
sensível a estes níveis de stresse testados.
Após a iluminação das folhas, o ΦPSII apresentou, perto da hidratação total, um valor
próximo de 0,35 nas variedades AD3R, PB260, PB304 e PB369 e próximo de 0,25 nas
variedades PB64 e PB269, decrescendo à medida que o THR diminuía (Fig. 4.22). As
variedades AD3R, PB64, PB304 e PB369 são aquelas em que este decréscimo foi mais
acentuado, mesmo em stresse moderado (THR entre 50% e 80%). PB64 foi a variedade que
apresentou um valor de ΦPSII superior ao inicialmente observado, após irrigação. Por outro
lado, em PB260 e PB269 o decréscimo não foi tão marcado durante o stresse moderado, e só
PB260 apresentou variações significativas em stresse intenso (THR inferior a 50%). Este
parâmetro é assim um bom indicador do estado geral da fotossíntese quando comparado com
a evolução de A (ver Fig. 4.6).
O parâmetro qP indica-nos que, perto da hidratação total, existe um maior
amortecimento fotoquímico nas variedades AD3R, PB260, PB304 e PB369 (perto de 0,7) e
menor nas variedades PB64 e PB269 (perto de 0,6) (Fig. 4.23). À medida que o THR diminui,
qP também diminui fornecendo uma indicação da energia utilizada para as reacções
fotoquímicas (Maxwell e Johnson, 2000). Esta diminuição, também observada por Tezara et
al. (2003) em Lycium nodosum e por Ögren (1990) em Salix sp., é mais visível nas variedades
AD3R e PB304, enquanto que nas restantes variedades a variação é muito menor. Apenas na
variedade PB260 ocorre uma diminuição mais acentuada para THR inferiores a 50% (stresse
intenso), e nas variedades PB269 e PB369 o parâmetro praticamente não varia nos intervalos
de THR considerados na Fig. 4.23. Na maioria das variedades analisadas, estes dados indicam
que não há alterações na dissipação da energia fotoquímica, indicando uma integridade da
cadeia transportadora de electrões até THR de cerca de 50%, sendo apenas afectada para
stresse hídrico intenso. Após irrigação, o parâmetro recuperou para valores perto dos iniciais
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
71
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
em todas as variedades, chegando em alguns casos a apresentar valores superiores (variedades
PB64 e PB260).
PB64
AD3R
1.0
qP
(unidades relativas)
qP
(unidades relativas)
1.0
0.8
0.6
0.4
30
40
50
60
70
80
90
0.8
0.6
0.4
30
100
40
50
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
PB260
qP
(unidades relativas)
qP
(unidades relativas)
90
100
1.0
0.6
40
50
60
70
80
90
0.8
0.6
0.4
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
PB304
PB369
1.0
1.0
qP
(unidades relativas)
qP
(unidades relativas)
80
PB269
0.8
0.8
0.6
0.4
30
70
Recuperação ()
1.0
0.4
30
60
THR (%)
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.8
0.6
0.4
30
100
THR (%)
40
50
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.23 – Variação do coeficiente de amortecimento fotoquímico (qP) em função do teor hídrico
relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de
diferentes plantas.
O parâmetro qN possuía, perto da hidratação total, um valor entre 0,75 e 0,8 para todas
as variedades (Fig. 4.24). Em todas as variedades este parâmetro sofreu uma evolução
semelhante à do parâmetro qP mas em sentido oposto, ou seja, naquelas variedades em que
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
72
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
ocorreu variação (AD3R e PB304), esta ocorre no sentido de aumentar ligeiramente o seu
valor, tal como em Lycium nodosum (Tezara et al., 2003). Assim, também a variedade PB260
só demonstra um ligeiro aumento do parâmetro para THR superiores a 50% e as variedades
PB269 e PB369 praticamente não sofrem alterações.
AD3R
PB64
1.0
qN
(unidades relativas)
qN
(unidades relativas)
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
30
40
50
60
70
80
90
0.9
0.8
0.7
0.6
30
100
40
50
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
qN
(unidades relativas)
qN
(unidades relativas)
90
100
80
90
100
80
90
1.0
0.9
0.8
0.7
40
50
60
70
80
90
0.9
0.8
0.7
0.6
30
100
40
50
60
70
THR (%)
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
PB304
PB369
1.0
1.0
qN
(unidades relativas)
qN
(unidades relativas)
80
PB269
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
30
70
Recuperação ()
PB260
0.6
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.9
0.8
0.7
0.6
30
100
THR (%)
40
50
60
70
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.24 – Variação do coeficiente de amortecimento não-fotoquímico (qN) em função do teor
hídrico relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas
de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
73
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Estes dados são coerentes com os anteriores na medida em que quando a cadeia de
electrões é afectada pelo stresse hídrico, o excesso de energia é dissipada por processos nãofotoquímicos, de modo a proteger a integridade da folha (Horton et al., 1994). Após irrigação
o parâmetro regressou aos valores iniciais em todas as variedades.
AD3R
PB64
150
ETR (µ mol.m-2.s-1)
ETR (µ mol.m-2.s-1)
150
120
90
60
30
0
30
40
50
60
70
80
90
120
90
60
30
0
30
100
40
50
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
PB260
ETR (µ
µ mol.m-2.s-1)
ETR (µ mol.m-2.s-1)
90
100
80
90
100
80
90
100
PB269
90
60
30
40
50
60
70
80
90
120
90
60
30
0
30
100
40
50
THR (%)
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
PB304
PB369
150
150
ETR (µ
µ mol.m-2.s-1)
ETR (µ mol.m-2.s-1)
80
150
120
120
90
60
30
0
30
70
Recuperação ()
150
0
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
120
90
60
30
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 4.25 – Variação da taxa de transporte electrónico (ETR) em função do teor hídrico relativo
(THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 4 ou 5 folhas de diferentes
plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
74
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Na ETR verifica-se uma diminuição acentuada nas variedades AD3R e PB304 e nas
restantes variedades uma diminuição menos acentuada, implicando uma redução do transporte
de electrões com a diminuição do THR, que poderá resultar de uma diminuição do
metabolismo fotossintético do carbono (Fig.4.25) (Maxwell e Johnson, 2000).
Apenas na variedade PB260 se verifica uma diminuição mais acentuada para stresse
hídrico intenso (THR inferior a 50%). Na variedade PB269 a variação é muito pequena,
apresentando valores superiores de ETR após irrigação. Estes dados estão de acordo com os
dados de A obtidos nos ensaios de trocas gasosas (Fig. 4.6). No entanto, na variedade PB369
observam-se valores elevados de ETR, mesmo durante a imposição do stresse e que parecem
contradizer os valores de A observados. Tal facto poderá estar relacionado com um aumento
do transporte de electrões cíclico em torno do PSII devido à reduzida actividade do ciclo de
Calvin, aliviando o excesso de energia em redor do PSII, já observado em girassol (Laisk et
al., 2006).
Após irrigação, o parâmetro recuperou para valores perto dos iniciais, tendo as
variedades PB64 e PB269 apresentado valores superiores aos observados inicialmente.
4.3.3.2. Stresse Rápido
Em todas as variedades, observou-se um decréscimo da área (normalizada)
complementar à fase rápida da curva de Kautsky, sendo maior na variedade PB369 e menor
na variedade PB269 (Fig. 4.26), em semelhança ao já observado nos ensaios de stresse lento
(Fig. 4.20).
No parâmetro Fv/Fm constatou-se pouca variação do parâmetro, embora demonstrasse
uma ligeira descida em todas as variedades à medida que se aproximavam do THR de 40%
(Fig. 4.27). Nas variedades AD3R, PB260 e PB269 a diminuição foi bastante reduzida, sendo
AD3R e PB269 aquelas que apresentavam variação mais pequena. Comparativamente ao
stresse lento (Fig. 4.21), notam-se algumas variações principalmente na variedade AD3R.
Esta apresentava um decréscimo acentuado no stresse lento que não se observa no stresse
rápido, o que indicará que a velocidade de imposição do stresse desempenha um papel
importante na evolução deste parâmetro associado com uma diminuição da eficiência
fotoquímica (Lizana et al., 2006).
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
75
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
AD3R
PB64
1000
(mV*ms)/(F0*1000)
(mV*ms)/(F0*1000)
1000
750
500
250
0
40
50
60
70
80
90
750
500
250
0
40
100
50
60
THR (%)
y = 312,5 + 4,044x (r2 = 0,50 ; p < 0,05)
PB260
90
100
PB269
1000
(mV*ms)/(F0*1000)
(mV*ms)/(F0*1000)
80
y = – 116,7 + 6,987x (r2 = 0,43 ; p < 0,05)
1000
750
500
250
0
40
50
60
70
80
90
750
500
250
0
40
100
50
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
y = 135,6 + 4,947x (r2 = 0,64 ; p < 0,01)
y = 237,9 + 3,552x (r2 = 0,75 ; p < 0,01)
PB304
PB369
1000
1000
(mV*ms)/(F0*1000)
(mV*ms)/(F0*1000)
70
THR (%)
750
500
250
0
40
50
60
70
80
90
750
500
250
0
40
100
THR (%)
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 106,3 + 6,379x (r2 = 0,81 p < 0,01)
y = – 25,97 + 8,349x (r2 = 0,85 ; p < 0,01)
Fig. 4.26 – Variação da área complementar (normalizada pela fluorescência basal) à fase rápida
da curva de Kautsky, em função do teor hídrico relativo (THR), nas experiências de stresse rápido.
Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
76
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
PB64
AD3R
0.8
Fv/Fm
(unidades relativas)
Fv/Fm
(unidades relativas)
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
30
40
50
60
70
80
90
0.7
0.6
0.5
0.4
30
100
40
50
THR (%)
y = 0,5901 + 0,001441x (r2 = 0,64 ; p = 0,01)
Fv/Fm
(unidades relativas)
Fv/Fm
(unidades relativas)
90
100
0.8
0.7
0.6
0.5
40
50
60
70
80
90
0.7
0.6
0.5
0.4
30
100
40
50
THR (%)
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 0,5446 + 0,001746x (r2 = 0,61 ; p < 0,05)
y = 0,5578 + 0,001419x (r2 = 0,76 ; p < 0,01)
PB304
PB369
0.8
0.8
Fv/Fm
(unidades relativas)
Fv/Fm
(unidades relativas)
80
PB269
PB260
0.7
0.6
0.5
0.4
30
70
y = 0,4142 + 0,002773x (r2 = 0,53 ; p < 0,05)
0.8
0.4
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.7
0.6
0.5
0.4
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 0,479 + 0,002638x (r2 = 0,73 ; p < 0,01)
y = 0,5382 + 0,002111x (r2 = 0,71 ; p < 0,01)
Fig. 4.27 – Variação do rendimento quântico máximo do PSII (Fv/Fm) em função do teor hídrico
relativo (THR), nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de
diferentes plantas.
Após a iluminação das folhas, o ΦPSII apresentou um valor entre 0,3 e 0,4 perto da
hidratação total, decrescendo à medida que o THR diminui (Fig. 4.28). Todas as variedades
apresentam um valor nulo de ΦPSII a THR de cerca de 40%, à excepção da variedade PB64,
em que tal acontece a THR de cerca de 60%, e da variedade PB260 que a 40% ainda
apresenta um Φ PSII de 0,1 unidades relativas. O fecho progressivo dos centros de reacção do
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
77
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
PSII explica a diminuição de A de forma semelhante (Fig. 4.13), já observado em cultivares
de trigo (Loggini et al., 1999).
AD3R
PB64
0.4
Φ PSII
(unidades relativas)
Φ PSII
(unidades relativas)
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
30
40
50
60
70
80
90
0.3
0.2
0.1
0.0
30
100
THR (%)
40
50
y = – 0,008431 – 0,001983x + 5,778e-5x2 (r2 = 0,97 ; p < 0,05)
Φ PSII
(unidades relativas)
Φ PSII
(unidades relativas)
90
100
0.4
0.3
0.2
0.1
40
50
60
70
80
90
0.3
0.2
0.1
0.0
30
100
40
50
THR (%)
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 0,1772 – 0,004758x + 6,393e-5x2 (r2 = 0,86 ; p < 0,05)
y = – 0,1428 + 0,003977x (r2 = 0,94 ; p < 0,01)
PB369
PB304
0.4
0.4
Φ PSII
(unidades relativas)
Φ PSII
(unidades relativas)
80
PB269
PB260
0.3
0.2
0.1
0.0
30
70
y = – 0,3505 + 0,006734x (r2 = 0,78 ; p < 0,01)
0.4
0.0
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.3
0.2
0.1
0.0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 0,05687 – 0,002733x + 5,92e-5x2 (r2 = 0,98 ; p < 0,05)
y = – 0,2539 + 0,006313x (r2 = 0,87 ; p < 0,01)
Fig. 4.28 – Variação do rendimento quântico efectivo do PSII (ΦPSII) em função do teor hídrico
relativo (THR), nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de
diferentes plantas.
Relativamente a qP, as variedades apresentam um valor de cerca de 0,7 a 0,8 unidades
relativas perto da hidratação total, à excepção da variedade PB269 que apresenta um valor
mais baixo (0,6 unidades relativas) (Fig. 4.29). Comparativamente ao stresse lento, existe um
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
78
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
decréscimo mais acentuado deste parâmetro ao longo da imposição do stresse, apresentando
um declive mais marcado na variedade PB64 e um declive mais suave nas variedades PB260
e PB269. Estes dados indicam que o fluxo electrónico é rapidamente desviado dos processos
fotoquímicos da fotossíntese para mecanismos de dissipação de energia não-fotoquímicos
(Ögren, 1990; Tezara et al., 2003).
PB64
AD3R
0.8
qP
(unidades relativas)
qP
(unidades relativas)
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
30
40
50
60
70
80
90
0.6
0.4
0.2
0.0
30
100
40
50
THR (%)
y = – 0,4104 + 0,01177x (r2 = 0,95 ; p < 0,01)
qP
(unidades relativas)
qP
(unidades relativas)
90
100
0.8
0.6
0.4
0.2
40
50
60
70
80
90
0.6
0.4
0.2
0.0
30
100
40
50
THR (%)
60
70
80
90
100
THR (%)
y = – 0,01262 + 0,007054x (r2 = 0,82 ; p < 0,01)
y = – 0,1592 + 0,007981x (r2 = 0,92 ; p < 0,01)
PB369
PB304
0.8
0.8
qP
(unidades relativas)
qP
(unidades relativas)
80
PB269
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
30
70
y = – 0,6247 + 0,01392x (r2 = 0,74 ; p < 0,01)
PB260
0.0
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.6
0.4
0.2
0.0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = – 0,07762 + 0,008503x (r2 = 0,80 ; p < 0,01)
y = – 0,3384 + 0,01122x (r2 = 0,84 ; p < 0,01)
Fig. 4.29 – Variação do coeficiente de amortecimento fotoquímico (qP) em função do teor hídrico
relativo (THR), nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de
diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
79
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
O parâmetro qN (Fig. 4.30) demonstrou um aumento maior do que aquele verificado
no stresse lento. No final do período de stresse rápido, todas as variedades apresentavam um
qN de 0,9 unidades relativas. A variedade PB64 foi aquela em que apresentou um maior
declive (em módulo), apresentando o referido valor de qN num THR mais elevado que as
restantes variedades (cerca de 60%). Por outro lado, as variedades PB260 e PB269 foram
aquelas que apresentaram o menor declive (em módulo), de um modo semelhante ao que
sucedeu no stresse lento (Fig. 4.24).
AD3R
PB64
1.0
qN
(unidades relativas)
qN
(unidades relativas)
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
30
40
50
60
70
80
90
0.9
0.8
0.7
0.6
30
100
40
50
THR (%)
y = 1,059 – 0,003503x (r2 = 0,92 ; p < 0,01)
PB260
qN
(unidades relativas)
qN
(unidades relativas)
90
100
PB269
0.8
0.7
40
50
60
70
80
90
0.9
0.8
0.7
0.6
30
100
40
50
THR (%)
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 0,933 – 0,002277x (r2 = 0,51 ; p < 0,05)
y = 0,9666 – 0,002105x (r2 = 0,90 ; p < 0,01)
PB304
PB369
1.0
1.0
qN
(unidades relativas)
qN
(unidades relativas)
80
1.0
0.9
0.9
0.8
0.7
0.6
30
70
y = 1,184 – 0,005371x (r2 = 0,67 ; p < 0,01)
1.0
0.6
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
0.9
0.8
0.7
0.6
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 1,006 – 0,003030x (r2 = 0,96 ; p < 0,01)
y = 1,041 – 0,003429x (r2 = 0,82 ; p < 0,01)
Fig. 4.30 – Variação do coeficiente de amortecimento não-fotoquímico (qN) em função do teor
hídrico relativo (THR), nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de
diferentes plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
80
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Em todas as variedades, ETR diminui de forma mais acentuada que nos ensaios de
stresse lento. Mais uma vez, PB64 apresentou a variação mais acentuada, em oposição ao que
acontece às variedades PB260 e PB269 (Fig. 4.31). Estes dados indicam um cessar do
transporte da cadeia de electrões que poderá resultar de danos ao nível dos aceitadores de
electrões, ou ao nível do metabolismo fotossintético do carbono (Chaves e Oliveira, 2004).
AD3R
PB64
150
ETR (µ mol.m-2.s-1)
ETR (µ
µ mol.m-2.s-1)
150
120
90
60
30
0
30
40
50
60
70
80
90
120
90
60
30
0
30
100
40
50
THR (%)
y = – 2,886 – 0,7005x + 0,02038x2 (r2 = 0,97 ; p < 0,05)
ETR (µ
µ mol.m-2.s-1)
ETR (µ mol.m-2.s-1)
90
100
150
120
90
60
30
40
50
60
70
80
90
120
90
60
30
0
30
100
40
50
THR (%)
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 61,64 – 1,652x + 0,02236x2 (r2 = 0,86 ; p < 0,05)
y = – 50,24 + 1,403x (r2 = 0,94 ; p < 0,01)
PB304
PB369
150
150
ETR (µ mol.m-2.s-1)
ETR (µ
µ mol.m-2.s-1)
80
PB269
PB260
120
90
60
30
0
30
70
y = – 123,8 + 2,378x (r2 = 0,78 ; p < 0,01)
150
0
30
60
THR (%)
40
50
60
70
80
90
120
90
60
30
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 19,96 – 0,9623x + 0,02088x2 (r2 = 0,98 ; p < 0,05)
y = – 89,68 + 2,229x (r2 = 0,87 ; p < 0,01)
Fig. 4.31 – Variação da taxa de transporte electrónico (ETR) em função do teor hídrico relativo
(THR), nas experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes
plantas.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
81
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
Em resumo, nos ensaios de fluorescência modulada da clorofila a verificou-se uma
diminuição de vários parâmetros (ΦPSII, qP, ETR), aumento de uns (qN) e manutenção de
outros (Fv/Fm), alterações já referidas por outros autores (Mattos et al., 1999; Marques da
Silva, 1999; Maxwell e Johnson, 2000; Tezara et al., 2003).
Comparando os ensaios de stresse lento e de stresse rápido, verifica-se que os
parâmetros diminuem de forma mais marcante no stresse rápido. Tal facto, revela a rapidez da
resposta da planta, resultante da sensibilidade e/ou dano dos seus constituintes ao aumento do
stresse hídrico. A aclimatação da planta, durante o stresse lento, permite o estabelecimento de
formas de tolerância ao stresse hídrico, quer por reorientações nas vias de vários metabolitos,
quer pela expressão de chaperonas (Rizhsky et al., 2002; Sharp et al., 2004), o qual não é
possível no stresse rápido.
Também a área complemetar (normalizada) à fase rápida da curva de Kautsky, que
permite inferir sobre a dimensão do pool de quinonas (Lazár, 1999), sofreu um decréscimo
em ambos os tipos de stresse (Mattos et al., 1999). Desta forma, observa-se uma
sobrerredução das quinonas com a diminuição do THR que vai diminuir o transporte de
electrões (Chaves e Oliveira, 2004).
Além disso, observou-se um aumento de qN em quase todas as variedades, o que, em
conjunto com a diminuição dos outros parâmetros, permite inferir sobre a possibilidade de
existir dano em algum passo do metabolismo fotossintético do carbono, uma vez que o fluxo
de electrões foi desviado, quase na sua totalidade, para mecanismos de dissipação de energia
não-fotoquímicos.
No caso da variedade PB269, verificou-se que qN não sofreu alterações ao longo do
stresse lento, ao contrário do que se observou nos ensaios de stresse rápido. Esta variedade
poderá possuir outros mecanismos que lhe permitam proteger os fotossistemas de danos
provocados pela radiação luminosa, que não envolvam alterações de qN.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
82
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
4.4
4.4. Conclusões
4.4.1.
4.4.1. Conclusões das Trocas Gasosas
Relativamente às variedades analisadas, destacam-se as variedades AD3R, PB260 e
PB269 como aquelas que apresentam características de uma maior tolerância ao stresse
hídrico e a variedade PB369 como a que possui maiores dificuldades neste tipo de stresse.
A variedade AD3R apresenta uma WUE elevada, com A elevada perto da hidratação
total. No entanto, após a irrigação, embora tenha recuperado o THR, não conseguiu recuperar
A para os valores iniciais, antes de se ter iniciado o período de stresse.
A variedade PB260 apresenta um bom desempenho durante a imposição do stresse
lento moderado e intenso, tolerando THR baixos. No entanto, após irrigação, apresenta
dificuldades em recuperar, quer os valores de THR quer os valores de A, gs e E.
A variedade PB269 apresenta uma elevada WUE, A e gs durante o stresse lento e em
condições de ausência de stresse, demonstrando uma elevada produtividade, que se traduziu
em plantas de elevado porte. Após irrigação, apresenta uma boa recuperação dos parâmetros,
mesmo com THR inferiores aos registados na ausência de stresse.
Por outro lado, a variedade PB369 apresenta um mau desempenho durante a
imposição do stresse hídrico, com baixos valores de A e gs, e, após a irrigação, demonstra
uma má recuperação dos parâmetros avaliados.
4.4.2
4.4.2.
4.2. Conclusões da Fluorescência Modulada da Clorofila a
A forma como as plantas responderam ao stresse rápido foi diferente da forma como
responderam ao stresse lento. Na primeira situação, a planta reage rapidamente e de forma
brusca às novas condições que lhe são impostas. Todas as variedades parecem reagir de uma
forma semelhante. Na segunda situação, a planta sofrendo um processo de adaptação,
passando por uma fase de aclimatação, variando os parâmetros de forma quase sempre mais
suave. Notam-se também maiores diferenças entre as variedades.
No primeiro caso é necessário uma reacção rápida e que é certamente resultante de
mecanismos constitutivos ou mesmo de danos, enquanto que, no segundo caso, a reacção ao
stresse lento vai resultar mais de mecanismos induzidos e de um efeito cumulativo.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
83
4. Fase I – Análise Preliminar de Seis Variedades Portuguesas de Milho
4.4.3.
4.4.3. Conclusões
Conclusões da Fase I
A avaliação de todos os parâmetros analisados permitiu a escolha das variedades que
mais se destacaram pelas suas respostas contrastantes ao stresse hídrico.
Por um lado, as variedades PB260 e PB269 mostraram ser as que melhor toleravam o
stresse hídrico, adaptando as trocas gasosas com a diminuição do THR e apresentando uma
redução progressiva dos parâmetros, nomeadamente a taxa fotossintética líquida e a
condutividade estomática, semelhante ao grupo de resposta ao stresse de tipo I (Lawlor e
Cornic, 2002). No entanto, uma vez que PB260 não recuperou no parâmetro da WUE optouse pela variedade PB269 como a mais tolerante ao stresse hídrico.
Por outro lado, a variedade PB369, demonstrou, desde cedo, ser a mais susceptível ao
stresse hídrico nas experiências de stresse lento, apresentando sintomas de dano a THR mais
elevados do que as restantes variedades. O comportamento desta variedade enquadra-se no
modelo referido neste trabalho como “tudo-ou-nada”, que consiste na manutenção dos
parâmetros até um valor crítico de THR, a partir do qual ocorria uma diminuição drástica
desses mesmos parâmetros, passando de um patamar de valores para outro, semelhante ao
grupo de resposta ao stresse de tipo II (Lawlor e Cornic, 2002). Também durante o período de
recuperação apresentou maiores dificuldades em regressar aos valores iniciais dos parâmetros
analisados. Por estas razões, foi seleccionada como a variedade mais susceptível ao stresse
hídrico.
Stresse Hídrico e Recuperação do Stresse em Variedades Portuguesas de Milho
84
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5. Fase II – Estudo Comparativo
Comparativo Aprofundado
Aprofundado das
das Duas
Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.1. Introdução
Nesta fase, pretendeu-se aprofundar o conhecimento das duas variedades
seleccionadas na fase I, PB269 e PB369.
Procedeu-se a uma série de experiências em que as trocas gasosas foram medidas
simultaneamente com a fluorescência modulada da clorofila a, nomeadamente as respostas a
diferentes intensidades luminosas e a diferentes concentrações de CO2 das duas variedades ao
longo do stresse hídrico. Foi ainda avaliada a libertação de O2 ao longo do stresse. As
actividades experimentais envolvendo estes factores foram apenas realizadas em condições de
stresse lento. Este tipo de ensaios tem uma duração demasiado longa para permitir a sua
utilização nos ensaios de stresse rápido, que levariam a uma perda de água demasiado rápida
para ser possível retirar qualquer tipo de conclusão.
Foram também avaliadas as actividades enzimáticas de enzimas chaves do
metabolismo do carbono e a quantificação de solutos compatíveis, como a prolina. Estes
parâmetros foram analisados nos dois tipos de stresse, de modo a avaliar possíveis diferenças.
5.2. Metodologia
5.2.1. Material Vegetal
Foram utilizadas as variedades de milho PB269 e PB369. As plantas foram obtidas
segundo o descrito em 3.1..
5.2.2. Relações Hídricas
5.2.2.1. Determinação do Teor Hídrico Relativo da Folha
O THR foi determinado segundo o descrito em 3.3.1..
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
85
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.2.2.2. Determinação do Potencial Hídrico das Folhas
O potencial hídrico das folhas foi determinado psicrometricamente, ao longo da
experiência de stresse lento, através do psicrómetro HR-33T (Wescor, Logan, USA),
equipado com câmaras C-52 (Wescor, Logan, USA) e ligado a um registador LKB REC101
(Pharmacia LKB Biotechnology AB, Uppsala, Sweden).
Retirou-se da região analisada pelo IRGA e pelo fluorómetro, um disco de folha com 5
mm de diâmetro, tendo sido colocado no interior da câmara do psicrómetro, onde permaneceu
durante 30 minutos (tempo de equilíbrio). Durante este período de tempo, o potencial hídrico
da amostra vai entrar em equilíbrio com o da atmosfera da câmara, assumindo-se que a água
perdida pela amostra não é suficiente para afectar o potencial hídrico da folha (Marques da
Silva, 1999).
Nesta experiência foram utilizadas as mesmas plantas da experiência de determinação
das curvas A/PPFD (descritas em 5.2.3.1.).
5.2.2.3. Estabelecimento de Curvas Pressão/Volume
As curvas pressão/volume permitiram averiguar as relações hídricas em folhas das
variedades portuguesas PB269 e PB369 de milho não sujeitas a stresse hídrico, tendo sido
utilizado para tal o psicrómetro HR-33T (Wescor, Logan, USA), equipado com câmaras C-52
(Wescor, Logan, USA) e ligado a um registador LKB REC101 (Pharmacia LKB
Biotechnology AB, Uppsala, Sweden).
Cortaram-se folhas totalmente expandidas, dividindo-se em cinco fragmentos, cada
um pesado numa balança de precisão. Os fragmentos foram hidratados até à saturação,
flutuando-os em água destilada durante 12 horas, à temperatura ambiente e sob condições de
luminosidade reduzida.
Retirou-se de um dos fragmentos um disco com 5 mm de diâmetro (com a ajuda de um
furador) e colocou-se na câmara do psicrómetro, durante 30 minutos (tempo de equilíbrio). Os
restantes fragmentos foram colocados em contacto com a atmosfera do laboratório, em
processo de desidratação. De um dos fragmentos não se retiraram discos, tendo sido utilizado
como controlo para cálculo do THR (ver 3.3.1.), sendo pesado antes e após cada medição do
psicrómetro, assumindo-se como idêntico aos restantes fragmentos. Os parâmetros hídricos
foram calculados segundo Matos (1990).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
86
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.2.3. Medição das Trocas Gasosas
5.2.3.1. Curvas A/PPFD
Para observar a resposta das duas variedades a diferentes PPFD ao longo do stresse
lento, utilizou-se o IRGA de modelo LCPro+ (ADC – The Analytical Development Co., Ltd.,
Hoddesdon, England), em conjunto com o fluorómetro PAM 101 (Heinz Walz GmbH,
Effeltrich, Germany) (ver 5.2.4.).
Os ensaios com o IRGA LCPro+ foram realizados em condições semelhantes às
descritas anteriormente (ver 4.2.3.), à excepção da PPFD, fornecida por uma fonte de luz
externa KL1500 LCD (Schott AG, Mainz, Germany). As plantas foram ensaiadas a sete PPFD
diferentes (65, 100, 140, 200, 430, 720 e 1320 µmol fotões.m-2.s-1), sendo a primeira aplicada
por um período de 15 minutos e as seguintes por períodos de 9 minutos.
As plantas foram ensaiadas a cada 3 dias durante duas semanas, correspondendo ao
início, meio e fim do stresse, e ao meio e fim da recuperação.
Durante este ensaio foram recolhidas amostras das folhas analisadas para posterior
análise das actividades enzimáticas e solutos compatíveis, tendo sido congeladas em azoto
líquido e armazenadas numa arca congeladora a –70ºC (DLT-13V-85V12, Harris
Manufacturing, Co., Asheville, USA).
5.2.3.2.
5.2.3.2. Curvas A/CO2a
Para observar a resposta das duas variedades a diferentes concentrações de CO2 ao
longo do stresse lento, utilizou-se o IRGA de modelo LCPro+ (ADC – The Analytical
Development Co., Ltd., Hoddesdon, England), em conjunto com o fluorómetro PAM 101
(Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany) (ver 5.2.4.).
Os ensaios com o IRGA LCPro+ foram realizados em condições semelhantes às
descritas anteriormente (ver 4.2.3.), à excepção da fonte de luz externa (KL1500 LCD, Schott
AG, Mainz, Germany) e das diferentes concentrações de CO2, controladas pelo próprio
IRGA. As plantas foram ensaiadas a seis concentrações de CO2 diferentes (100, 200, 370,
700, 1000 e 1400 ppm), iniciando-se nos 370 ppm, por um período de 15 minutos, e as
seguintes por períodos de 9 minutos. Inicialmente, a concentração ia aumentando até aos 1400
ppm, com posterior diminuição até aos 100 ppm.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
87
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
As plantas foram ensaiadas a cada 3 dias durante duas semanas, correspondendo ao
início, meio e fim do stresse, e ao meio e fim da recuperação.
Durante este ensaio, foram recolhidos fragmentos de material vegetal para
determinação da libertação de O2 (ver 5.2.3.3.).
As limitações estomáticas (Ls) e não-estomáticas (Lns) foram determinadas utilizando a
equação Ls = 100 × (A0 – A) / A0, em que A0 é a taxa fotossintética medida a Ci de 370 ppm e
A é a taxa fotossintética medida a CO2a de 370 ppm, e a equação Lns = 100 × (AC – AS) / AC,
em que AC é a taxa fotossintética de folhas controlo para Ci de 800 ppm e AS é a taxa
fotossintética de folhas sujeitas a stresse hídrico para Ci de 800 ppm (Jones, 1985; Geber e
Dawson, 1997; Tezara et al., 2003).
5.2.3.3. Determinação da Libertação de O2
A libertação de O2 foi efectuada sob condições saturantes de CO2 (aproximadamente
7%) recorrendo a um eléctrodo de fase gasosa (LD2, Hansatech Instruments Ltd., Norfolk,
UK) à temperatura controlada de 25ºC e sob uma PPFD de 850 µmol fotões.m-2.s-1 fornecida
por uma fonte luminosa (LS2, Hansatech Instruments Ltd., Norfolk, UK). Foram recolhidas
porções da folha analisada, ao longo do período de stresse lento, de modo a preencher a
câmara do eléctrodo. O peso fresco foi determinado numa balança de precisão (BP 210D,
Sartorius, Goettingen, Germany) e a área num medidor de áreas (CI-202 Portable Leaf Area
Meter, CID, Inc., Camas, Washington, USA). Nesta experiência foram utilizadas as mesmas
plantas do ensaio da determinação das curvas A/CO2a (descritas em 5.2.3.2.).
5.2.4. Medição da Fluorescência Modulada da Clorofila a
A medição da fluorescência modulada da clorofila a foi efectuada recorrendo ao
fluorómetro PAM 101 (Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany).
A medição da razão Fv/Fm foi determinada aplicando um pulso de luz saturante
(KL2500 LCD, Schott AG, Mainz, Germany), após as folhas estarem 10 minutos na
escuridão.
No ensaio das curvas A/PPFD, após a última PPFD, a luz era desligada e iniciava-se
uma série de pulsos saturantes no escuro. Durante 4 minutos aplicou-se os pulsos com
intervalos de tempo de 40 segundos, durante os 10 minutos seguintes com intervalos de 100
segundos e durante os últimos 5 minutos com intervalos de 200 segundos. O amortecimento
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
88
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
de alta energia (qE), o amortecimento da transição de estado (qT) e o amortecimento
fotoinibitório (qI) foram calculados segundo Quick e Stitt (1989).
5.2.5.
5.2.5. Determinação de Clorofilas e Carotenóides
Na determinação de clorofilas e carotenóides foram utilizados os fragmentos de folha
provenientes dos ensaios de determinação da libertação de O2 (ver 5.2.3.3.).
Os fragmentos de folha foram colocados em tubos de ensaio contendo 10 ml de
metanol absoluto, durante 72 horas, período necessário à extracção dos pigmentos das folhas.
As amostras foram lidas nos comprimentos de onda 470 nm, 652 nm e 665 nm num
espectrofotómetro UV500 UV-Visible Spectro (Unicam, Waltham, USA), contra um branco
de metanol absoluto.
Para a determinação da quantidade de clorofilas (Ca, Cb, Ca+b) e carotenóides (Cx+c)
foram utilizadas as seguintes equações (Lichtenthaler, 1987):
Ca = 16,72 × A665 – 9,16 × A652
Cb = 34,09 × A652 – 15,28 × A665
Ca+b = 1,44 × A665 + 24,93 × A652
Cx+c = (1000 × A470 – 1,63 × Ca – 104,96 × Cb) / 221
5.2.6. Determinação de Actividades Enzimáticas
Nesta fase do trabalho experimental foram avaliadas as actividades de três enzimas
fundamentais no metabolismo fotossintético do carbono das duas variedades de milho: as
duas enzimas carboxilativas fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC) e a ribulose-1,5-bisfosfato
carboxilase/oxigenase (RuBisCO) e uma descarboxilativa, a enzima málica dependente de
NADP (EM-NADP).
Para além do ensaio de stresse lento, foi também realizado um ensaio de stresse rápido
(ver 3.2.), durante o qual foram recolhidas amostras das folhas analisadas para posterior
análise das actividades enzimáticas.
Todas as amostras foram congeladas em azoto líquido e armazenadas numa arca
congeladora a –70ºC (DLT-13V-85V12, Harris Manufacturing, Co., Asheville, USA).
As actividades enzimáticas foram determinadas à temperatura de 25ºC ± 1ºC, devido
ao facto de ter sido esta a temperatura de crescimento das plantas.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
89
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.2.6.1. Extracção
As enzimas estudadas foram extraídas do material vegetal num extracto comum. O
material vegetal foi recolhido durante a experiência de stresse lento para determinação das
curvas A/PPFD e durante as experiências de stresse rápido da fase II.
O meio de extracção foi adaptado de Edwards et al. (1988), sendo composto por
HEPES-KOH 50 mM pH 7,3, DTT 10 mM, EDTA 1 mM, PVP25 5% (m/v), Polyclar AT 1%
(m/v), PEG4000 6% (m/v), Triton X-100 0,5 % (v/v) e cocktail de inibidores de proteases 1%
(v/v) (Sigma). Foi utilizado uma proporção de 20 ml de meio de extracção para cada 1 g de
material vegetal para as amostras com THR superior a 70% e uma proporção de 30 ml de
meio de extracção para cada 1 g de material vegetal para as amostras com THR inferior a
70%. As folhas foram esmagadas muito rapidamente num almofariz gelado com metade do
meio de extracção a adicionar e uma pequena porção de areia de quartzo. Adicionou-se a
outra metade do meio de extracção e transferiu-se o extracto para tubos Eppendorf gelados.
Centrifugou-se durante 5 minutos a uma temperatura de 4ºC à velocidade de 13.500 g na
centrífuga Sigma 2-16K (Sigma Laborzentrifugen GmbH, Osterode am Harz, Germany).
Recuperou-se o sobrenadante e conservou-se em gelo até à determinação das actividades
enzimáticas.
5.2.6.2. RibuloseRibulose-1,51,5-Bisfosfato Carboxilase/Oxigenase (RuBisCO
(RuBisCO)
RuBisCO)
Na RuBisCO, foram determinadas as actividades inicial e total através da incorporação
de carbono radioactivo (14C), segundo Perchorowicz et al. (1982). O meio para realizar o
ensaio enzimático era composto por HEPES-KOH 50 mM pH 8,0 contendo MgCl2 30 mM e
NaH14CO3 10 mM. Na determinação da actividade inicial, colocaram-se 500 µl de meio de
ensaio juntamente com 50 µl de RuBP 6m M. Adicionaram-se 50 µl de extracto e após 1
minuto a reacção foi parada com 100 µl de HCl 2N. Para a determinação da actividade total,
colocaram-se 500 µl de meio de ensaio com 50 µl de extracto. Após 3 minutos de activação,
adicionaram-se 50 µl de RuBP 6 mM. A reacção foi parada de modo idêntico, ao fim de 1
minuto. As amostras foram transferidas para uma estufa a 80ºC. Após a evaporação de todo o
meio, o resíduo foi dissolvido em 1 ml de água ultra-pura. Adicionaram-se 8 ml de líquido de
cintilação (Ready Safe, Beckman, USA) aos frascos, tendo sido lidos num espectrómetro de
cintilação LS 7800 (Beckman Instruments Inc., Fullerton, USA).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
90
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.2.6.3. Fosfoenolpiruvato Carboxilase (PEPC)
Na enzima PEPC foi determinada a actividade em condições fisiológicas e a
actividade máxima, adaptada a partir da metodologia de Donkin e Martin (1980).
A actividade em condições fisiológicas foi determinada num meio composto por
HEPES-KOH 50 mM pH 7,2, MgCl2 10 mM, NaHCO3 10 mM, PEP 2,5 mM e 12 unidades
de malato desidrogenase (MDH), utilizando-se 20 µl de extracto. A reacção foi iniciada com
20 µl de NADH 10 mM. A actividade foi determinada a um comprimento de onda de 340 nm
no espectrofotómetro UV500 UV-Visible Spectro (Unicam, Waltham, USA), com agitação.
A actividade máxima foi determinada de modo semelhante, utilizando um meio
composto por HEPES-HOH 50 mM pH 8,0 e PEP 10 mM, mantendo-se as restantes
condições.
5.2.6.4. Enzima Málica Dependente
Dependente de NADP (EM(EM-NADP)
Na EM-NADP apenas foi determinada a actividade máxima, segundo o descrito em
Simon (1987).
A actividade máxima foi determinada num meio composto por HEPES-KOH 50 mM
pH 8,0, MgCl2 30 mM, DTT 2,5 mM e L-malato 10 mM, utilizando-se 50 µl de extracto. A
reacção foi iniciada com 20 µl de NADP+ 25 mM. A actividade foi determinada a um
comprimento de onda de 340 nm no espectrofotómetro UV500 UV-Visible Spectro (Unicam,
Waltham, USA), com agitação.
5.2.7. Quantificação de Proteína Solúvel
A quantificação da proteína solúvel foi determinada pelo método de Bradford (1976),
utilizando placas de ELISA, tendo sido lidas no espectrofotómetro MPRA4 Microplate reader
(DuPont, Newton, USA). A recta de calibração foi efectuada utilizando BSA. Esta
quantificação permitiu expressar as actividades enzimáticas por unidade de proteína solúvel.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
91
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.2.8. Quantificação
Quantificação de Solutos Compatíveis
A quantificação de solutos compatíveis, em particular a prolina (Živković et al., 2005),
foi efectuada nas amostras recolhidas nos ensaios de stresse lento para determinação das
curvas A/PPFD e num ensaio independente de stresse lento. Foi também realizado um ensaio
de stresse rápido (ver 3.2.), durante o qual foram recolhidas amostras para posterior análise.
As amostras foram congeladas em azoto líquido e armazenadas a –70ºC numa arca
congeladora (DLT-13V-85V12, Harris Manufacturing, Co., Asheville, USA).
5.2.8.1. Extracção
As amostras recolhidas durante os ensaios foram maceradas num almofariz arrefecido
em azoto líquido. Adicionou-se 5 ml de etanol 85% (v/v) e verteu-se o extracto para um
gobelé, onde permaneceu durante 30 minutos. Filtrou-se o extracto e recolheu-se num tubo de
ensaio.
5.2.8.2. Quantificação de Aminoácidos Livres e Prolina
Antes do início dos ensaios de quantificação de aminoácidos livres e de prolina, foram
realizadas várias curvas de calibração utilizando soluções de L-leucina (Fluka, SigmaAldrich, Germany) e L-prolina (Fluka, Sigma-Aldrich, Japan) em etanol 85% (v/v), com
concentrações entre 0 e 200 µg.ml-1.
Para a quantificação dos aminoácidos livres e de prolina nas amostras adicionou-se em
tubos Eppendorf 200 µl de extracto, 500 µl de tampão citrato 0,2 M (pH 5,0) contendo
SnCl2.H2O 0,75 mM e 500 µl de solução 4% ninidrina (Fluka, Sigma-Aldrich, Chec
Republic) em etilenoglicol. Foram realizadas três réplicas para cada amostra. Agitaram-se os
tubos no vórtex e colocaram-se num banho de água a ferver durante 20 minutos, tendo o
cuidado de fechar apenas parcialmente as tampas (de modo, a não aumentar demasiado a
pressão dos tubos). Arrefeceram-se os tubos em gelo e diluíram-se as amostras em 5 ml de
água-propanol 1:1 (v/v). Após 15 minutos, leu-se a absorvância das amostras no comprimento
de onda 570 nm para os aminoácidos livres e 440 nm para a prolina, num espectrofotómetro
UV-Visible 1-E Cary (Cary System, Varian Inc., Palo Alto, USA) utilizando o sistema Cary
System (Software Issue v3.01, Instrument Software Issue v4.00, Varian Inc., Palo Alto, USA).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
92
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.3. Resultados e Discussão
5.3.1. Relações Hídricas
O potencial hídrico (Ψw) das folhas foi seguido ao longo da experiência de stresse
lento (Fig. 5.1). A variedade PB269 apresentou valores de cerca de −0,7 MPa perto da
hidratação total, e a variedade PB369 valores de cerca −1,5 MPa. Nesta última, o valor
reduzido de Ψw perto da hidratação total estará relacionado com as propriedades da parede
celular, nomeadamente paredes mais rígidas (maior módulo de elasticidade) com menor
capacidade de manter água ligada nas folhas (Marshall e Dumbroff, 1999).
Na variedade PB269, observa-se uma diminuição mais suave do Ψw até −2 MPa (para
THR de cerca de 55%), à medida que o THR diminui, do que na variedade PB369. Nesta
última, há uma manutenção do Ψw em torno dos −2 MPa até THR de cerca de 70%, ocorrendo
depois uma diminuição brusca deste parâmetro. As plantas da variedade PB269 apresentam
valores de cerca de −5 MPa no final do período de stresse, correspondente a THR de 35%. A
variedade PB369 atingiu valores de Ψw de −6,5 MPa a THR muito baixos (cerca de 20%).
Estas plantas não sobreviveram e a recuperação foi realizada nas restantes plantas que
apresentavam THR de cerca de 30% no final do período de stresse.
80
PB369
THR (%)
60
40
20
100
0
-1
-1
-2
-2
-3
Ψw
(MPa)
Ψw
(MPa)
100
0
PB269
THR (%)
-4
60
40
20
-3
-4
-5
-5
-6
-6
-7
80
-7
Stresse (∆; - -): y = – 9,851 + 0,1808x – 0,0009349x2
Stresse (∆; - -): y = – 8,954 + 0,1293x – 0,0005534x2
(r2 = 0,89 ; p < 0,05)
(r2 = 0,97 ; p < 0,05)
Recuperação ()
Recuperação (; –): y = – 10,33 + 0,197x – 0,001066x2
(r2 = 0,95 ; p < 0,05)
Fig. 5.1 – Variação do potencial hídrico das folhas (Ψw) em função do teor hídrico relativo (THR),
ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de diferentes
plantas.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
93
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
O período de recuperação do stresse foi efectuado com a câmara climatizada a cerca de
38ºC(1), o que se traduziu em THR mais baixos e que não excederam os 75-80%, o que, no
caso da variedade PB269 se traduziu numa incapacidade de recuperar o Ψw para valores
próximos dos inicias, apresentando um Ψw de −2 MPa para um THR de 75%.
Na Fig. 5.2 está representada a variação do Ψw em função do THR, para folhas
destacadas de plantas bem irrigadas (ver 5.2.2.3).
100
0
90
80
PB269
PB369
THR (%)
THR (%)
70
60
50
40
100
0
80
70
60
50
40
-1
Ψw
(MPa)
Ψw
(MPa)
-1
90
-2
-2
-3
-3
-4
-4
y = – 3,633 + 0,02748x (r2 = 0,59 ; p < 0,01)
y = – 5,951 + 0,05354x (r2 = 0,77 ; p < 0,01)
Fig. 5.2 – Variação do potencial hídrico das folhas (Ψw) em função do teor hídrico relativo (THR),
para folhas destacadas de plantas bem irrigadas. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes
plantas.
Perto da hidratação total, as duas variedades apresentam valores de Ψw de
aproximadamente – 0,8 MPa. No caso da variedade PB369, este valor é superior ao observado
no ensaio de stresse lento, dado que as folhas estiveram, durante a noite, a flutuar em água
destilada e em condições de baixa luminosidade, garantindo um maior Ψw perto da hidratação
total. A variedade PB269 não apresentou quaisquer diferenças significativas em relação ao
método anterior.
A partir deste ponto, verifica-se, em ambas as variedades, uma diminuição do Ψw com
o THR, embora a variedade PB269 consiga manter o seu Ψw em cerca de – 2,5 MPa para um
THR de 45%, enquanto que na variedade PB369, e para o mesmo THR, o Ψw diminui até
cerca de – 4 MPa.
A partir da Fig. 5.2, construíram-se as curvas pressão-volume da Fig. 5.3.
(1)
Resultado de uma avaria da câmara climatizada.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
94
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB369
1.5
1.5
1.0
1.0
1/Ψ
Ψw
(-MPa)
1/Ψw
(-MPa)
PB269
0.5
0.0
100
0.5
90
80
70
60
50
0.0
100
40
THR (%)
90
80
70
60
50
40
THR (%)
y = 1,491 – 0,04241x + 0,0004196x2 (r2 = 0,74 ; p < 0,05)
y = 1,423 – 0,04319x + 0,0004190x2 (r2 = 0,81 ; p < 0,05)
Fig. 5.3 – Curvas pressão-volume de folhas destacadas de plantas bem irrigadas, construídas a
partir da Fig. 5.2.
A partir da Fig. 5.3 foi possível obter os valores de diversos parâmetros hídricos
apresentados na Tabela 5.1.
Tabela 5.1 – Parâmetros hídricos de folhas destacadas de plantas bem irrigadas, nas duas
variedades portuguesas de milho.
Parâmetro hídrico
PB269
PB369
Potencial osmótico à turgescência máxima (Ψπo) (MPa)
- 0,91
- 1,11
Potencial osmótico no ponto de perda de turgescência (Ψπtlp) (MPa)
- 1,67
- 2,00
Teor hídrico relativo no ponto de perda de turgescência (THRtlp) (%)
72
79
0,76
0,89
Módulo de elasticidade à turgescência máxima (εo) (MPa)
Embora não tenha sido possível, por insuficiência de material vegetal disponível,
realizar curvas independentes, inviabilizando, portanto, uma validação estatística, a criação de
uma curva única com os dados das folhas utilizadas permite fazer uma avaliação dos
parâmetros hídricos nas duas variedades portuguesas de milho. A variedade PB369 atinge a
perda de turgescência a THR superiores (79%) quando comparada com a variedade PB269
(72%). O valor de THR para a perda de turgescência observado na variedade PB369 é
próximo do observado para o feto Ceratopteris richardii (81%), uma planta característica de
locais húmidos (Augé et al., 1989). Por outro lado, a variedade PB269 apresenta um valor
próximo do observado para a gramínea Seratia sphacelata (68%) (Marques da Silva, 1999),
indicada como apresentando um bom comportamento em stresse hídrico moderado. Deste
modo, a variedade PB269 apresenta, na turgescência máxima, um potencial osmótico
ligeiramente mais elevado que na variedade PB369, o mesmo acontecendo no ponto de perda
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
95
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
de turgescência, o que poderá indicar uma melhor adaptação da variedade PB269, em caso de
ocorrência de stresse hídrico, uma vez que possui uma maior capacidade “tampão” do seu
sistema.
Por outro lado, verifica-se um valor de módulo de elasticidade inferior na variedade
PB269 (0,76 MPa), indicando uma parede mais elástica. Estes dados indicam que a variedade
PB269 apresenta uma melhor capacidade de manter a turgescência das suas células, facto
observado em espécies de locais mais secos (Lamberts et al., 1998).
Estes dados estão de acordo com os valores observados de fotossíntese durante os
ensaios. De facto, uma vez que PB269 mantém a turgescência a THR mais reduzidos, apesar
de um maior potencial osmótico e uma maior elasticidade da parede, o metabolismo
fotossintético do carbono poderá manter-se num nível superior ao de PB369, uma vez que a
ultraestrutura das células da folha e a das próprias enzimas sofrerão menor alteração para
THR mais reduzidos.
5.3.2. Trocas Gasosas
Nestes ensaios procedeu-se à avaliação do efeito do stresse hídrico nas trocas gasosas
em diferentes condições de PPFD e CO2 ambiente.
5.3.2.1.
5.3.2.1. Curvas A/PPFD
Na Fig. 5.4 está representada a variação da taxa fotossintética líquida (A) em função
da PPFD, para diferentes THR.
Os valores baixos de A em condições controlo de hidratação não limitante,
comparativamente aos observados por Maroco et al. (1999), poderão estar relacionados com
as condições de crescimento, uma vez que o milho é uma planta que está adaptada a elevada
radiação, apresentando normalmente valores superiores de A. No entanto, as câmaras
climatizadas não permitiram a obtenção de valores de PPFD superiores a 500 µmol fotões.m2 -1
.s , condições semelhantes às utilizadas por Fracheboud et al. (1999), onde o milho
apresenta valores de A idênticos. Também Maroco et al. (1998) obteve taxas fotossintéticas
de cerca de 15 µmol CO2.m-2.s-1, em plantas de Amaranthus edulis (planta C4) crescidas em
PPFD de 600 µmol fotões.m-2.s-1, tal como observado na gramínea Setaria sphacelata
(Marques da Silva, 1999).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
96
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB269 Stresse
PB369 Stresse
15
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
15
10
5
0
250
-5
500
750
1000
1250
PPFD (µ
µ mol fotões.m-2.s-1)
1500
10
5
0
250
-5
500
750
1000
1250
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
1500
THR = 97,8±1,0 (;–): y = 8464 * ((1 – exp (– 0,024x / 8464)) *
THR = 94,6±2,0 (;–): y = 17245 * ((1 – exp (– 0,02035x /
exp (– 8,606x / 8464) (r2 = 0,94 ; p < 0,05)
17245)) * exp (– 16,53x / 17245) (r2 = 0,94 ; p < 0,05)
THR = 68,8±14,9 (;- -): y = 927,7 * ((1 – exp (– 0,006057x /
THR = 83,5±11,4 ()
927,7)) * exp (– 0,4687x / 927,7) (r2 = 0,76 ; p < 0,05)
THR = 26,7±11,2 (∆)
THR = 37,0±3,2 (∆)
PB269 Recuperação
PB369 Recuperação
15
A (µ
µ mol CO2.m-2.s-1)
A (µ mol CO2.m-2.s-1)
15
10
5
0
250
-5
500
750
1000
1250
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
1500
10
5
0
250
-5
500
750
1000
1250
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
1500
THR = 76,8±3,2 (;–): y = 577,9 * ((1 – exp (– 0,005362x / 577,9))
THR = 73,9±1,4 (;–): y = 633,9 * ((1 – exp (– 0,006780x / 633,9))
* exp (– 0,5673x / 577,9) (r2 = 0,80 ; p < 0,05)
* exp (– 0,4205x / 633,9) (r2 = 0,77 ; p < 0,05)
THR = 76,1±5,7 (;- -): y = 391,6 * ((1 – exp (– 0,002228x /
THR = 74,0±16,0 (;- -): y = 465,1 * ((1 – exp (– 0,003429x /
391,6)) * exp (– 0,1935x / 391,6) (r2 = 0,62 ; p < 0,05)
465,1)) * exp (– 0,2533x / 465,1) (r2 = 0,70 ; p < 0,05)
THR = 37,0±3,2 (∆)
THR = 26,7±11,2 (∆)
Fig. 5.4 – Variação da taxa fotossintética líquida (A) em função da densidade de fluxo fotónico
fotossintético (PPFD), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5
folhas de diferentes plantas.
Perto da hidratação total, ambas as variedades apresentam um perfil semelhante da
variação da A com a PPFD. Verifica-se uma certa diminuição na taxa fotossintética líquida a
partir de PPFD de cerca de 1000 µmol fotões.m-2.s-1, valor em que se atinge a A máxima. Este
valor também é inferior ao registado por outros autores no milho (Maroco et al., 1999;
Leakey et al., 2006), e provavelmente deve-se, como já foi referido, às relativamente baixas
condições de PPFD (para plantas C4) permitidas pela câmara climatizada, durante o
crescimento das plantas.
No entanto, com a diminuição do THR começam a surgir diferenças. Com um THR de
cerca de 70%, PB269 sofreu apenas uma redução de cerca de 50% da A líquida, enquanto que
na variedade PB369, em THR de cerca de 80%, a A praticamente se anulou. Tal facto poderá
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
97
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
estar relacionado com problemas a diversos níveis, como no fecho estomático, na diminuição
da eficiência do transporte de electrões ou nas enzimas do metabolismo do carbono (Flexas e
Medrano, 2002).
A utilização do modelo de Platt et al. (1980) (y = Ps × (1 – e (-αx/Ps)) × e (-βx/Ps)), permite
adaptar uma curva de saturação luminosa que apresenta fotoinibição. Através deste modelo é
possível determinar o parâmetro Ps (que representa o valor de fotossíntese potencial máximo
caso não houvesse fotoinibição [β = 0]), o parâmetro α (eficiência fotossintética, que
caracteriza as reacções fotoquímicas da fotossíntese e se mede a baixas PPFD), e o parâmetro
β (que caracteriza o processo de fotoinibição). Para determinar a capacidade fotossintética
(Amáx) utilizou-se a equação Amáx = Ps × (α/(α+β) × (β/(α+β)β/α). Apresentam-se na Tabela
5.2 os parâmetros estimados pela aplicação deste modelo na Fig. 5.4.
Tabela 5.2 – Parâmetros da equação de Platt et al. (1980), resultantes da aplicação do modelo à
Fig. 5.4, nas duas variedades portuguesas de milho.
PB269
PB369
Stresse
Stresse
THR (%)
THR (%)
Parâmetros
97,8 ± 1,0
68,8 ± 14,9
37,0 ± 3,2
94,6 ± 2,1
83,5 ± 11,4
26,7 ± 11,2
Amáx
(µmol CO2.m-2.s-1)
8,88 ± 2,12
4,38 ± 1,11
-
7,18 ± 2,85
-
-
α
0,024 ± 0,006
0,006 ± 0,000
-
0,019 ± 0,011
-
-
β
8,606 ± 2,202
0,469 ± 0,282
-
16,53 ± 1,34
-
-
(µmol CO2 / µmol fotões)
(µmol CO2 / µmol fotões)
Recuperação
Recuperação
THR (%)
THR (%)
Parâmetros
37,0 ± 3,2
76,1 ± 5,7
76,8 ± 3,2
26,7 ± 11,2
74,0 ± 16,0
73,9 ± 1,4
Amáx
(µmol CO2.m-2.s-1)
-
1,65 ± 0,71
2,00 ± 0,99
-
2,30 ± 0,14
3,73 ± 0,87
α
-
0,002 ± 0,002
0,005 ± 0,004
-
0,003 ± 0,001
0,007 ± 0,003
β
-
0,194 ± 0,594
0,567 ± 0,001
-
0,253 ± 0,245
0,421 ± 0,325
(µmol CO2 / µmol fotões)
(µmol CO2 / µmol fotões)
Observam-se valores de Amáx de cerca de 8,9 µmol CO2.m-2.s-1, para PB269, e de cerca
de 7,2 µmol CO2.m-2.s-1, para PB369, perto da hidratação total. Perto do THR de 70%, a
variedade PB269 ainda apresenta uma Amáx de cerca de 4,4 µmol CO2.m-2.s-1, enquanto a
variedade PB369, embora não tenha sido possível aplicar o modelo de Platt et al. (1980) no
ponto de THR de cerca de 85%, não apresenta uma Amáx superior a 2 µmol CO2.m-2.s-1,
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
98
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
estimado por análise directa dos pontos obtidos. Relativamente ao valor de β, observa-se que
ocorre uma maior fotoinibição na variedade PB369, quando comparada com a variedade
PB269, perto da hidratação total. Com o stresse hídrico, aparentemente o efeito da
fotoinibição diminui na variedade PB269, mas tal deve-se ao facto de ocorrerem outros danos
e/ou alterações metabólicas que provocam uma diminuição de Amáx. Relativamente aos
valores de α, não são estatisticamente diferentes entre as duas variedades, quer durante o
stresse quer durante a recuperação, embora em PB269, ao longo do stresse, se observe uma
diminuição deste parâmetro, que se mantém inalterado durante a recuperação. Na variedade
PB369, também existe uma redução de α, na recuperação, relativamente ao valor inicial.
Estes dados indicam uma perda da eficiência fotossintética com a imposição do stresse
hídrico.
No caso da variedade PB369, na segunda medição (THR de cerca de 85%) durante o
processo de indução do stresse e também nas últimas medições do período de stresse das duas
variedades, o modelo de Platt et al. (1980) não pôde ser aplicado, por não ser estatisticamente
significativo.
Após a irrigação, devido à alteração das condições de crescimento decorrente da
avaria da câmara de crescimento, ambas as variedades apresentaram um baixo nível de
recuperação da A, verificando-se um aumento progressivo da fotoinibição nas duas
variedades.
Na Fig. 5.5 está representada a variação da condutância estomática (gs) com a PPFD,
para diferentes THR.
Na hidratação total, ambas as variedades apresentam um perfil semelhante,
aumentando gs de 0,03 mol.m-2.s-1, em PPFD mais baixos, até cerca de 0,1 mol.m-2.s-1, para
PPFD de 750 µmol fotões.m-2.s-1, a partir do qual se mantém relativamente constante na
variedade PB369, mas continuando a aumentar até 0,13 mol.m-2.s-1, na variedade PB269.
À medida que o THR diminui, verifica-se uma diminuição de gs para valores de 5060% dos iniciais. PB369, com THR de cerca de 85%, apresenta valores semelhantes aos de
PB269 com THR de 70%. Desta forma, a diminuição de A verificada para PB369 na Fig. 5.4
não será (principalmente) consequência de limitações estomáticas, as quais estão descritas
como as principais responsáveis pela diminuição de A para stresse hídrico baixo a moderado
(Flexas e Medrano, 2002), uma vez que para o mesmo valor de THR, as duas variedades
apresentam valores semelhantes de gs, mas valores diferentes de A, o que implica uma
alteração ou da componente fotoquímica ou das enzimas do metabolismo fotossintético do
carbono.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
99
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Para valores de THR de 25-35% (stresse intenso), os estomas estão praticamente
fechados, apresentando as duas variedades uma gs praticamente nula.
PB269 Stresse
PB369 Stresse
0.2
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
0.2
0.1
0.0
0
250
500
750
1000
1250
0.1
0.0
1500
0
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
250
500
750
1000
1250
1500
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
THR = 97,8±1,0 (;–): y = 0,02784 + 0,0001863x – 8,3951-8x2
THR = 94,6±2,0 (;–): y = 0,00526 + 2,4681e-5x + 1,7723e-8x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
(r2 = 0,96 ; p < 0,01)
THR = 68,8±14,9 (;- -): y = 0,008359 + 0,000119x – 5,6e-8x2
THR = 83,5±11,4 (;- -): y = 0,01576 + 5,4562e-5x – 2,07e-8x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 37,0±3,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,01291 + 0,00001405x
THR = 26,7±11,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,01574 – 0,00001067x
(r2 = 0,94 ; p < 0,01)
(r2 = 0,92 ; p < 0,01)
PB269 Recuperação
PB369 Recuperação
0.2
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
0.2
0.1
0.0
0
250
500
750
1000
1250
0.0
1500
0
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
-5
0.1
250
500
750
1000
-2
1250
1500
-1
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
-8 2
THR = 76,8±3,2 (;–): y = 0,06259 + 8,3068e x – 3,1858e x
THR = 73,9±1,4 (;–): y = 0,07203 + 9,0429e-5x – 3,3782e-8x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
(r2 = 0,98 ; p < 0,05)
THR = 76,1±5,7 (;- -): y = 0,03836 + 7,08e-5x – 2,7426e-8x2
THR = 74,0±16,0 (;- -): y = 0,04177 + 7,085e-5x – 2,751e-8x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
(r2 = 0,99 ; p < 0.01)
THR = 37,0±3,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,01291 + 0,00001405x
THR = 26,7±11,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,01574 – 0,00001067x
(r2 = 0,94 ; p < 0,01)
(r2 = 0,92 ; p < 0,01)
Fig. 5.5 – Variação da condutância estomática (gs) em função da densidade de fluxo fotónico
fotossintético (PPFD), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de
diferentes plantas.
Após a irrigação, ambas as variedades vão apresentando valores progressivamente
superiores aos observados no final do período de stresse, e quando atingem THR de cerca de
75%, a variedade PB269 apresenta valores ligeiramente inferiores aos iniciais e a variedade
PB369 apresenta valores superiores aos iniciais, antes do início do stresse hídrico. Tal facto
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
100
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
vem reforçar a ideia de limitação não-estomática da fotossíntese visível no período de
recuperação (Fig. 5.4). Verifica-se também que para PPFD mais baixos, durante a
recuperação, as duas variedades apresentam valores de gs superiores aos observados quer na
ausência de stresse, quer durante a imposição do stresse, o que poderá ser produto de um
aumento da sensibilidade à luz, no controlo estomático (Aphalo e Sánchez, 1986).
Na Fig. 5.6 está representada a variação da taxa transpiratória (E) em função da PPFD,
para diferentes THR.
Nas duas variedades observa-se uma baixa E para valores de PPFD reduzidos,
aumentando até cerca de 1,5 mmol.m-2.s-1, em PB269, e 1,3 mmol.m-2.s-1, em PB369, para
PPFD de cerca de 500 µmol fotões.m-2.s-1, a partir do qual E se mantém relativamente
constante para a variedade PB369, mas continua a aumentar para PB269 até 1350 µmol
fotões.m-2.s-1. Esta evolução de E vai acompanhando a evolução de gs (Fig. 5.5).
Perto da hidratação total, verifica-se que, em PB269, a E é sempre superior à de
PB369, para qualquer valor de PPFD. À medida que o THR diminui, também E vai sendo
afectado nas duas variedades, apresentando uma variação relativa semelhante, mas é em
PB369 que ocorre a maior diminuição em valores absolutos, uma vez que, a THR de cerca de
70%, a variedade PB269 apresenta uma E de 1 mmol.m-2.s-1, enquanto que, para um THR de
cerca de 85%, a variedade PB369 apresenta uma E de 0,76 mmol.m-2.s-1.
Para THR de 25-35%, ambas as variedades apresentaram valores de E bastante
reduzidos, na ordem das 0,4-0,5 mmol.m-2.s-1, verificando-se que, no final do período de
stresse, a maior redução, em termos absolutos, acabou por se verificar na variedade PB269.
Durante a recuperação, observou-se em PB269 um regresso quase aos valores iniciais,
embora para PPFD baixas os valores fossem superiores aos registados perto da hidratação
total. Em PB369, após a irrigação no final do período de stresse, os valores de E foram
sempre superiores aos iniciais, situando-se em cerca de 1,5 mmol.m-2.s-1. Tal aumento poderá
estar relacionado com o aumento de gs verificado.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
101
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB269 Stresse
PB369 Stresse
2
E (mmol.m-2.s-1)
E (mmol.m-2.s-1)
2
1
0
0
250
500
750
1000
1250
1
0
1500
0
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
250
500
750
1000
1250
-2
1500
-1
PPFD (µ
µ mol fotões.m .s )
THR = 97,8±1,0 (;–): y = 0,6563 + 0,002164x – 1,0747e-6x2
(r2 = 0,91 ; p < 0,05)
THR = 94,6±2,0 (;–): y = 0,4559 + 0,002095x – 1,1367e-6x2
(r2 = 0,86 ; p < 0,05)
THR = 68,8±14,9 (;- -): y = 0,2384 + 0,001723x – 8,9623e-7x2
THR = 83,5±11,4 (;- -): y = 0,3369 + 0,000775x – 3,453e-7x2
(r2 = 0,96 ; p < 0,01)
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 37,0±3,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,2795 + 0,000166x
THR = 26,7±11,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,3248 – 0,0001199x
(r2 = 0,94 ; p < 0,01)
(r2 = 0,85 ; p < 0,01)
PB269 Recuperação
PB369 Recuperação
2
E (mmol.m-2.s-1)
E (mmol.m-2.s-1)
2
1
0
0
250
500
750
1000
1250
1
0
1500
0
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
250
500
750
1000
1250
-2
1500
-1
PPFD (µ
µ mol fotões.m .s )
-7 2
THR = 76,8±3,2 (;–): y = 1,151 + 0,0006509x – 3,3446e x
THR = 73,9±1,4 (;–): y = 1,346 + 0,0007121x – 3,5882e-7x2
(r2 = 0,76 ; p < 0,05)
(r2 = 0,79 ; p < 0,05)
THR = 76,1±5,7 (;- -): y = 0,0393 + 0,0001844x + 1,3241e-7x2
THR = 74,0±16,0 (;- -): y = 0,8313 + 0,000713x – 3,453e-7x2
(r2 = 0,91 ; p < 0,05)
(r2 = 0,95 ; p < 0,05)
THR = 37,0±3,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,2795 + 0,000166x
THR = 26,7±11,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,3248 – 0,0001199x
(r2 = 0,94 ; p < 0,01)
(r2 = 0,85 ; p < 0,01)
Fig. 5.6 – Variação da taxa transpiratória (E) em função da densidade de fluxo fotónico
fotossintético (PPFD), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5
folhas de diferentes plantas.
Na Fig. 5.7 está representada a variação da concentração interna de CO2 (Ci) em
função da PPFD, para diferentes THR.
Perto da hidratação total, verifica-se que para PPFD baixas, Ci é superior à observada
para PPFD mais elevadas, variando desde os 350 ppm até aos 200 ppm nas duas variedades.
O mesmo sucede durante o período de stresse mas os valores de Ci são sempre superiores aos
observados antes da sua imposição. Perto da hidratação total, as plantas apresentam valores
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
102
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
mais elevados de Ci, em PPFD baixas, uma vez que as enzimas do metabolismo fotossintético
não estão activas, principalmente a RuBisCO activase, responsável pela activação da
RuBisCO, e que é activada pela luz (Furbank et al., 1996).
PB369 Stresse
Ci (ppm)
Ci (ppm)
PB269 Stresse
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
250
500
750
1000
-2
1250
1500
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
250
-1
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
500
750
1000
-2
1250
1500
-1
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
THR = 97,8±1,0 ()
THR = 94,6±2,0 ()
THR = 68,8±14,9 ()
THR = 83,5±11,4 (;- -): y = 490,1 – 0,3665x – 0,0001857x2
THR = 37,0±3,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 630 – 0,1607x (r2 = 0,88 ; p < 0,01)
(r2 = 0,96 ; p < 0,01)
THR = 26,7±11,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 615,8 – 0,09492x (r2 = 0,79 ; p < 0,01)
PB369 Recuperação
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Ci (ppm)
Ci (ppm)
PB269 Recuperação
0
250
500
750
1000
1250
1500
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
250
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
500
750
1000
1250
1500
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
THR = 76,8±3,2 ()
THR = 73,9±1,4 ()
THR = 76,1±5,7 (;- -): y = 398,8 – 0,1918x + 0,8339x2
THR = 74,0±16,0 ()
(r2 = 0,83 ; p < 0,05)
THR = 26,7±11,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 615,8 – 0,09492x (r2 = 0,79 ; p < 0,01)
THR = 37,0±3,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 630 – 0,1607x (r2 = 0,88 ; p < 0,01)
Fig. 5.7 – Variação da concentração interna de CO2 (Ci) em função da densidade de fluxo fotónico
fotossintético (PPFD), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5
folhas de diferentes plantas.
Para THR da ordem dos 25-35%, as folhas apresentam um aumento de Ci situado entre
os 500-600 ppm. Este aumento de Ci poderá estar relacionado com a alteração da morfologia
das células do mesófilo (Giles et al., 1974), provocando uma distorção que dificulta a difusão
do CO2 inorgânico até aos locais em que é fixado pela PEPC (Marques da Silva e Arrabaça,
2004b) que, conjuntamente com um aumento da respiração (Lawlor e Cornic, 2002)
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
103
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
permitiria um aumento de CO2 junto da enzima, e manter alguma taxa fotossintética, como já
foi observado em folhas de tomate, durante stresse hídrico (Haupt-Herting et al., 2001).
Durante a recuperação, ambas as variedades apresentaram valores de Ci entre os 300400 ppm, sendo menores que os registados no final do período de stresse, embora superiores
aos registados inicialmente, perto da hidratação total. Observa-se sempre uma diminuição de
Ci com o aumento de PPFD, que reflecte alguma actividade da maquinaria enzimática
fotossintética.
Na Fig. 5.8 está representada a variação da eficiência do uso da água (WUE) em
função da PPFD, para diferentes THR.
PB369 Stresse
7
WUE
(µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
PB269 Stresse
6
5
4
3
2
1
0
0
250
500
750
1000
1250
7
6
5
4
3
2
1
0
1500
0
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
250
500
750
1000
1250
1500
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
THR = 97,8±1,0 (;–): y = 0,8502 + 0,01171x – 6,6337e-6x2
THR = 94,6±2,0 (;–): y = 0,8502 + 0,01171x – 6,6337e-6x2
(r2 = 0,85 ; p < 0,05)
(r2 = 0,85 ; p < 0,05)
THR = 68,8±14,9 (;- -): y = 0,4463 + 0,007749x – 3,9046e-6x2
THR = 83,5±11,4 (;- -): y = – 2,399 + 0,006999x – 3,0880e-6x2
(r2 = 0,92 ; p < 0,05)
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
PB369 Recuperação
WUE
(µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
PB269 Recuperação
7
6
5
4
3
2
1
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0
250
500
750
1000
-2
1250
0
1500
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
THR = 76,8±3,2 (;–): y = 0,1429 + 0,002956x – 1,5741e-6x2
(r2 = 0,78 ; p < 0,05)
THR = 76,1±5,7 (;- -): y = – 0,07077 + 0,003030x – 1,5799e-6x2
(r2 = 0,92 ; p < 0,05)
250
500
750
1000
1250
1500
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
-1
THR = 73,9±1,4 (;–): y = – 0,1150 + 0,004914x – 2,4606e-6x2
(r2 = 0,86 ; p < 0,05)
THR = 74,0±16,0 (;- -): y = 0,2034 + 0,002898x – 1,3803e-6x2
(r2 = 0,82 ; p < 0,05)
Fig. 5.8 – Variação da eficiência do uso da água (WUE) em função da densidade de fluxo fotónico
fotossintético (PPFD), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5
folhas de diferentes plantas.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
104
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Perto da hidratação total, ambas as variedades apresentaram variação da WUE, sendo
esta menor para PPFD mais baixas e aumentando até cerca de 6 µmol CO2 / mmol H2O para
PPFD mais elevadas. Em PB269, a WUE foi afectada com a diminuição do THR (cerca de
70%), apresentando valores negativos para PPFD mais baixos mas recuperando para valores
positivos a partir de PPFD de cerca de 200 µmol fotões.m-2.s-1. Na variedade PB369, WUE
foi mais afectada, como seria esperado pela análise dos dados anteriores (Fig. 5.4 e Fig. 5.6).
Para THR na ordem dos 85%, apresenta valores positivos de WUE apenas a partir de PPFD
de 430 µmol fotões.m-2.s-1. Por vezes, são observados aumentos na WUE, com a imposição
do stresse hídrico, dado que gs diminui mais rapidamente que o metabolismo fotossintético do
carbono, ocorrendo uma maior fixação de CO2 por cada mole de água transpirada (Chaves e
Oliveira, 2004). No entanto, não foi o que aqui sucedeu.
Os valores mais baixos de THR (stresse intenso) não estão representados na Fig. 5.8
porque apresentam valores de WUE negativos, devido a A apresentar também valores
negativos (Fig. 5.4).
Durante a recuperação, a WUE recuperou apenas muito parcialmente nas duas
variedades, apresentando valores reduzidos para PPFD baixas e não ultrapassando os 2 µmol
CO2 / mmol H2O para PPFD mais elevados, devido à conjunção de uma redução de A e de
um aumento de E, provocados principalmente devido ao aumento da temperatura e
diminuição da humidade relativa, resultante da avaria da câmara de crescimento.
5.3.2.2. Curvas A/CO2a
Na Fig. 5.9 está representada a variação de A em função da concentração externa de
CO2 (CO2a), para diferentes THR.
Na variedade PB269, observaram-se inicialmente valores de trocas gasosas inferiores
aos registados posteriormente no ensaio. Contudo, na segunda medição, os valores de THR
ainda se encontravam perto da hidratação total (cerca de 90%), e poderão ser os mais
próximos dos esperados.
Com uma CO2a entre os 100 ppm e os 370 ppm verifica-se um grande aumento de A e,
para valores superiores de CO2a, o aumento de A é menor, como acontece com as plantas C4
que saturam com o aumento de CO2a. Tal como já se havia verificado no ensaio das curvas
A/PPFD, observa-se um menor valor de A para a variedade PB369. Esta apresenta um valor
semelhante de A registado para PB269 mas para THR diferentes (cerca de 70% em PB269 e
cerca de 85% em PB369).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
105
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB369 Stresse
20
15
15
A (µ mol.m-2.s-1)
A (µ
µ mol.m-2.s-1)
PB269 Stresse
20
10
5
0
250
500
750
1000
1250
1500
5
0
250
CO2a (ppm)
-5
10
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
-5
THR = 94,8±2,1 (;–): y = 2,211 + 0,002536x (r2 = 0,84 ; p <,0,01)
THR = 92,3±3,2 (;–): y = 2,287 + 0,01191x – 4,2717e-6x2
THR = 89,7±8,4 (;- -): y = 4,628 + 0,01587x – 6,7091e-6x2
(r2 = 0,99 ; p <,0,05)
(r2 = 0,96 ; p <,0,05)
THR = 94,2±0,6 (;- -): y = 3,071 + 0,01003x – 3,5170e-6x2
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 2,29 + 0,002004x (r2 = 0,94 ; p <,0,01)
(r2 = 0,96 ; p <,0,05)
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 1,666 + 0,002033x (r2 = 0,92 ; p <,0,01)
PB369 Recuperação
20
20
15
15
A (µ mol.m-2.s-1)
A (µ
µ mol.m-2.s-1)
PB269 Recuperação
10
5
0
250
500
750
1000
1250
5
0
1500
250
CO2a (ppm)
-5
10
-5
THR = 85,5±3,4 (;–): y = 3,338 + 0,004317x – 4,4179e-7x2
2
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 94,6±2,6 (;–): y = 0,0399 + 0,00229x (r2 = 0,77 ; p <,0,01)
THR = 92,0±4,8 (;- -): y = 0,772 + 0,00308x (r2 = 0,89 ; p <,0,01)
(r = 0,95 ; p <,0,05)
-6 2
THR = 85,1±4,6 (;- -): y = 3,775 + 0,008619x – 2,4388e x
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 1,666 + 0,002033x (r2 = 0,92 ; p <,0,01)
2
(r = 0,97 ; p <,0,05)
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 2,29 + 0,002004x (r2 = 0,94 ; p <,0,01)
Fig. 5.9 – Variação da taxa fotossintética líquida (A) em função da concentração externa de CO2
(CO2a), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de
diferentes plantas.
Verifica-se que a variedade PB269 recupera melhor aqui que no ensaio da PPFD
(indicando alguma susceptibilidade à temperatura), embora, tal como na fase I, não consiga
recuperar o THR até aos valores iniciais. Por outro lado, a variedade PB369 não recupera
após irrigação. Dado que o aumento de CO2 não restaura A para Amáx, pode afirmar-se que
existe um predomínio da limitação não-estomática (Kanechi et al., 1996; Pankovic et al.,
1999; Lawlor, 2002).
Associando os dados de A aos valores de Ci, foi possível calcular as limitações
estomáticas e não-estomáticas (Tab. 5.3) (Jones, 1985; Geber e Dawson, 1997; Tezara et al.,
2003).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
106
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Tab. 5.3 – Limitações não-estomáticas e estomáticas da fotossíntese, a partir das curvas A/Ci.
THR (%)
Dia
PB269
PB369
Limitação não-
Limitação
estomática
estomática
relativa (%)
relativa (%)
Limitação total
Limitação não-
Limitação
(%)
estomática (%)
estomática (%)
PB269
PB369
PB269
PB369
PB269
PB369
PB269
PB369
0
8
19
89
0
11
100
PB269
PB369
(*)
0
95
92
74
19
66
3
90
94
13
18
0
4
13
14
0
22
100
78
6
69
85
74
63
68
57
6
6
92
91
8
9
9
85
92
40
76
26
62
14
14
66
81
34
19
12
86
95
55
94
48
94
7
0
87
100
13
0
(*) Foi considerado o dia 3 como os valores controlo, ou seja, ainda perto da hidratação total.
A variedade PB269 apresentou valores mais baixos de fotossíntese no primeiro dia de
ensaio, mas no terceiro dia apresentou valores próximos dos esperados para a hidratação total,
que se consideraram mais indicados para funcionarem como controlo. Verifica-se que as
limitações não-estomáticas se manifestam de forma mais intensa na variedade PB369, uma
vez que possuem uma limitação não-estomática relativa de cerca de 90% a um THR de 85%,
enquanto que o mesmo valor foi observado na variedade PB269 num THR de cerca de 70%.
A análise da Tab. 5.3 permite constatar que as limitações estomáticas da fotossíntese
têm uma maior importância perto da hidratação total (dia 3). À medida que o stresse hídrico
vai aumentando e o THR diminuindo, as limitações não-estomáticas começam a aumentar, e
as limitações estomáticas deixam de ter a mesma relevância (dia 6) (Marques da Silva, 1999;
Flexas e Medrano, 2002; Tezara et al., 2003). Durante a fase de recuperação também se
registam diferenças, com a variedade PB269 a recuperar de forma mais marcante que PB369,
a qual continua a sofrer uma diminuição de A, mesmo após irrigação. Relativamente às
limitações da fotossíntese, verifica-se que em ambas as variedades as limitações nãoestomáticas são as responsáveis pela baixa ou praticamente inexistente recuperação da
fotossíntese.
Na Fig. 5.10 está representada a variação de gs em função da CO2a, para diferentes
THR.
Verifica-se que para CO2a mais baixos, ambas as variedades apresentam valores de gs
superiores aos registados para CO2a mais elevados, o que é de esperar como resposta dos
estomas ao aumento de CO2, de modo a permitir manter a actividade fotossintética (Lopez et
al., 1987; Maroco et al., 1999). No entanto, na variedade PB269, há uma diminuição de gs de
cerca de 0,2 mol.m-2.s-1 para cerca de 0,05 mol.m-2.s-1, enquanto que em PB369 a mesma
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
107
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
diminuição acontece de 0,1 mol.m-2.s-1 para 0,05 mol.m-2.s-1, indicando que esta última
variedade apresenta estomas com uma sensibilidade inferior ao CO2 ambiente. Por outro lado,
a maior sensibilidade estomática da variedade PB269 poderia explicar a razão do ajustamento
da gs e da A com o Ψw e o THR (Fig. 4.6 e 4.7), como foi verificado numa variedade tolerante
de Coffea canephora (Pinheiro et al., 2005).
PB269 Stresse
PB369 Stresse
0.3
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
0.3
0.2
0.1
0.0
0
250
500
750
1000
1250
0.2
0.1
0.0
1500
0
250
CO2a (ppm)
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 94,8±2,1 (;–): y = 0,1459 – 0,002485x + 1,2862e-7x2
THR = 92,.3±3,.2 (;–): y = 0,1299 – 0,0001555x + 6,6621e-8x2
(r2 = 0,90 ; p < 0,05)
(r2 = 0,97 ; p < 0,05)
THR = 89,7±8,4 (;- -): y = 0,2359 – 0,000345x + 1,5397e-7x2
THR = 94,2±0,6 (;- -): y = 0,1445 – 0,000194x + 8,6688e-8x2
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
(r2 = 0,97 ; p < 0,05)
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,09507 – 0,00127x + 5,6102e-8x2
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,06748 – 7,8896e-5x + 3,4431e-8x2
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
PB269 Recuperação
PB369 Recuperação
0.3
gs (mol.m-2.s-1)
gs (mol.m-2.s-1)
0.3
0.2
0.1
0.0
0
250
500
750
1000
1250
0.2
0.1
0.0
1500
0
250
CO2a (ppm)
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 85,5±3,4 (;–): y = 0,1785 – 0,000259x + 1,1931e-7x2
THR = 94,6±2,6 (;–): y = 0,08945 – 5,7028e-5x + 2,6638e-8x2
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
(r2 = 0,93 ; p < 0,05)
THR = 85,1±4,6 (;- -): y = 0,1699 – 0,00024x + 1,0271e-7x2
THR = 92,0±4,8 (;- -): y = 0,07465 – 7,749e-5x + 3,4997e-8x2
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
(r2 = 0,95 ; p < 0,05)
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,09507 – 0,00127x + 5,6102e-8x2
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,06748 – 7,8896e-5x + 3,4431e-8x2
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
Fig. 5.10 – Variação da condutância estomática (gs) em função da concentração externa de CO2
(CO2a), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de
diferentes plantas.
À medida que o THR diminui, em PB269, os valores de gs para CO2a baixos vão
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
108
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
diminuindo, embora para CO2a mais elevados se mantenham constantes. Em PB369, não
existem alterações significativas. Comparando com a Fig. 5.9, verifica-se que para valores
idênticos de gs, a A em PB369 apresenta uma maior redução.
Durante a recuperação, PB269 recupera parcialmente os valores iniciais de gs, não
ocorrendo a recuperação total provavelmente devido a não recuperar facilmente o THR, facto
já observado na fase I. Por outro lado, na variedade PB369 há uma certa tendência para
manter os valores semelhantes aos observados no final do período de stresse.
PB269 Stresse
PB369 Stresse
3
E (mmol.m-2.s-1)
E (mmol.m-2.s-1)
3
2
1
0
0
250
500
750
1000
1250
2
1
0
1500
0
250
CO2a (ppm)
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 94,8±2,1 (;–): y = 1,929 – 0,002897x + 1,4784e-6x2
THR = 92,3±3,2 (;–): y = 1,81 – 0,0018x + 7,3107e-7x2
(r2 = 0,93 ; p < 0,05)
(r2 = 0,99 ; p < 0,05)
THR = 89,7±8,4 (;- -): y = 2,513 – 0,002885x + 1,1967e-6x2
THR = 94,2±0,6 (;- -): y = 1,903 – 0,00212x + 9,0264e-7x2
(r2 = 0,98 ; p < 0,05)
(r2 = 0,98 ; p < 0,05)
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 1,318 – 0,001463x + 6,1415e-7x2
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 1,134 – 0,001193x + 5,0385e-7x2
(r2 = 0,97 ; p < 0,05)
(r2 = 0,97 ; p < 0,05)
PB269 Recuperação
PB369 Recuperação
3
E (mmol.m-2.s-1)
E (mmol.m-2.s-1)
3
2
1
0
0
250
500
750
1000
1250
2
1
0
1500
0
250
CO2a (ppm)
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 85,5±3,4 (;–): y = 2,269 – 0,00241x + 1,0674e-6x2
THR = 94,6±2,6 (;–): y = 1,393 – 0,0008393x + 3,9304e-7x2
(r2 = 0,98 ; p < 0,05)
(r2 = 0,95 ; p < 0,05)
THR = 85,1±4,6 (;- -): y = 2,426 – 0,002936x + 1,2902e-6x2
THR = 92,0±4,8 (;- -): y = 1,337 – 0,001268x + 5,5299e-7x2
(r2 = 0,98 ; p < 0,05)
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 1,318 – 0,001463x + 6,1415e-7x2
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 1,134 – 0,001193x + 5,0385e-7x2
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
(r2 = 0,97 ; p < 0,05)
Fig. 5.11 – Variação da taxa transpiratória (E) em função da concentração externa de CO2 (CO2a),
ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de diferentes
plantas.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
109
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Na Fig. 5.11 está representada a variação de E em função da CO2a, para diferentes
THR.
Perto da hidratação total, ambas as variedades apresentam valores de E superiores para
CO2a inferiores, diminuindo à medida que CO2a aumenta. À medida que o THR diminui
verifica-se uma diminuição do valor máximo de E. Na recuperação, o padrão observado é
semelhante, acompanhando a evolução de gs (Fig. 5.10).
Na Fig. 5.12 está representada a variação de Ci em função da CO2a, para diferentes
THR.
PB369 Stresse
1250
1250
1000
1000
Ci (ppm)
Ci (ppm)
PB269 Stresse
750
500
250
750
500
250
0
0
250
500
750
1000
1250
0
1500
0
250
CO2a (ppm)
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 94,8±2,1 (;–): y = – 24,48 + 0,8156x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 92,3±3,2 (;–): y = – 32 + 0,6621x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 89,7±8,4 (;- -): y = – 37,08 + 0,6373x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 94,2±0,6 (;- -): y = – 36,44 + 0,6654x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = – 15,13 + 0,7686x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = – 17,42 + 0,7444x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
PB369 Recuperação
1250
1000
1000
Ci (ppm)
Ci (ppm)
PB269 Recuperação
1250
750
500
250
750
500
250
0
0
250
500
750
1000
1250
0
1500
0
CO2a (ppm)
250
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 85,5±3,4 (;–): y = – 31,21 + 0,7868x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 94,6±2,6 (;–): y = 16,14 + 0,8884x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 85,1±4,6 (;- -): y = – 21,04 + 0,6306x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 92,0±4,8 (;- -): y = 4,821 + 0,7799x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = – 15,13 + 0,7686x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = – 17,42 + 0,7444x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
Fig. 5.12 – Variação da concentração interna de CO2 (Ci) em função da concentração externa de
CO2 (CO2a), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de
diferentes plantas.
Tal como seria esperado, observa-se um aumento linear de Ci com o aumento de CO2a.
Com o aumento de A (Fig. 5.9), Ci apresenta uma ligeira diminuição com o aumento de CO2a,
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
110
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
na hidratação total. Com a diminuição do THR, Ci vai apresentando valores superiores aos
iniciais, com o aumento de CO2a, indicando uma diminuição da capacidade de fixação do
carbono pelo processo fotossintético (Medrano et al., 2002) ou um aumento da respiração
(Lawlor e Cornic, 2002).
Durante a recuperação, PB269 sofre uma evolução para valores perto dos iniciais,
enquanto que em PB369 os valores de Ci continuam a aumentar.
Na Fig. 5.13 está representada a variação de WUE em função da CO2a, para diferentes
THR.
PB369 Stresse
20
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
PB269 Stresse
15
10
5
0
0
250
500
750
1000
1250
20
15
10
5
0
1500
0
250
CO2a (ppm)
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 94,8±2,1 (;–): y = 0,957 + 0,005482x (r2 = 0,92 ; p < 0,01)
THR = 92,3±3,2 (;–): y = 0,34 + 0,01477x – 2,9241e-6x2
THR = 89,7±8,4 (;- -): y = 0,5908 + 0,01752x – 3,9491e-6x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,05)
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 94,2±0,6 (;- -): y = 0,6951 + 0,01456x – 2,9014e-6x2
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,7389 + 0,006567x
(r2 = 0,99 ; p < 0,05)
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,6329 + 0,006695x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
PB369 Recuperação
20
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
WUE
(µ
µ mol CO2 / mmol H2O)
PB269 Recuperação
15
10
5
0
0
250
500
750
1000
1250
20
15
10
5
0
1500
0
250
CO2a (ppm)
500
750
1000
1250
1500
CO2a (ppm)
THR = 85,5±3,4 (;–): y = 1,291 + 0,00573x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 94,6±2,6 (;–): y = 0,8434 – 0,001895x + 3,2128e-6x2
THR = 85,1±4,6 (;- -): y = 1,081 + 0,009645x
(r2 = 0,97 ; p < 0,05)
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 92,0±4,8 (;- -): y = – 0,1916 + 0,006058x
THR = 68,5±8,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,7389 + 0,006567x
(r2 = 0,93 ; p < 0,01)
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 85,2±7,5 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,6329 + 0,006695x (r2 = 0,99 ; p < 0,01)
Fig. 5.13 – Variação da eficiência do uso da água (WUE) em função da concentração externa de
CO2 (CO2a), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de
diferentes plantas.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
111
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Perto da hidratação total verifica-se um aumento de WUE com o aumento de CO2a em
ambas as variedades. A evolução crescente deste parâmetro é semelhante em todos os THR
registados.
À medida que o THR decresce, os valores de WUE para valores de CO2a superiores
vão sendo menores. Durante a recuperação, com o consequente aumento de THR, PB269
apresenta uma recuperação de WUE, enquanto em PB369 continua a sofrer uma diminuição.
Os dados de trocas gasosas, no seu conjunto, permitem verificar uma maior tolerância
ao stresse hídrico na variedade PB269, relativamente a PB369, como já havia sido verificado
na fase I deste trabalho. O padrão de “tudo-ou-nada”, na diminuição geral dos parâmetros
(exceptuando Ci), parece verificar-se novamente para a variedade PB369, enquanto em PB269
vai ocorrendo uma diminuição gradual dos mesmos.
5.3.2.3. Libertação de O2
No que respeita à libertação de O2, PB369 apresenta uma diminuição da taxa, em
condições de stresse, mais acentuada que a da variedade PB269 (Fig. 5.14), embora isso se
possa dever ao facto de, na primeira variedade, se terem obtido poucas medições a THR
baixos. Os dados estão de acordo com os obtidos nas curvas de A/CO2a (Fig. 5.9).
PB269
PB369
25
Libertação de O2
20
15
10
5
0
60
70
80
90
(µ mol O2.m-2.s-1)
Libertação de O2
(µ mol O2.m-2.s-1)
25
20
15
10
5
0
100
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = – 12,95 + 0,3044x (r2 = 0,55 ; p < 0,01)
Stresse (∆)
Recuperação (; –): y = – 7,564 + 0,2185x (r2 = 0,56 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Fig. 5.14 – Variação da libertação de O2 em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo das
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de diferentes plantas.
Pela análise da recta da variedade PB269, observou-se uma anulação da libertação de
O2 a THR de 42%. Em PB369, não foi possível obter valores mais baixos de THR mas a 70%
já apresenta um ponto com forte redução de libertação de O2. Também se observa que, mais
uma vez, PB369 recupera o THR para valores próximos da hidratação total, após irrigação,
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
112
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
embora PB269 não (caixas da Fig. 5.14). No entanto, há uma retoma significativa da taxa de
libertação de O2 nesta última, no período de recuperação. Em PB369, durante a recuperação, o
complexo de formação de O2 não parece ter sido muito afectado, até THR de 85%.
Através da normalização dos valores obtidos na libertação de O2 (Fig. 5.14) e dos
dados obtidos nos ensaios da curva de A/CO2a, procedeu-se à construção da Fig. 5.15,
admitindo os valores iniciais obtidos na ausência de stresse (exceptuando os de PB269, em
que os valores utilizados foram os do segundo dia de medições, mas no qual as plantas ainda
se encontravam perto da hidratação total [ver Fig. 5.9]), como o máximo de actividade
fotossintética. Este gráfico permite observar a diferença entre a limitação não-estomática (a
CO2 saturante) e a limitação estomática (a CO2 atmosférico) (Ghannoum et al., 2003;
Marques da Silva e Arrabaça, 2004a).
PB269
PB369
100
Trocas gasosas (%)
Trocas gasosas (%)
100
75
50
25
0
60
70
80
90
75
50
25
0
60
100
70
THR (%)
80
90
100
THR (%)
Fig. 5.15 – Normalização da variação da taxa fotossintética em condições atmosféricas normais de
CO2 (370 ppm) (- -) e medida sob 7% de CO2 (libertação de O2) (–) em função do teor hídrico
relativo (THR). Os parâmetros exprimem-se em % do valor máximo.
A partir da Fig. 5.15, foi possível determinar as limitações estomáticas e nãoestomáticas da fotossíntese, apresentadas na Tab. 5.4.
Tab. 5.4 – Limitações não-estomáticas e estomáticas da fotossíntese.
THR
(%)
Limitação total
Limitação não-
Limitação
Limitação relativa
Limitação relativa
(%)
estomática (%)
estomática (%)
não-estomática (%)
estomática (%)
PB269
PB369
PB269
PB369
PB269
PB369
PB269
PB369
PB269
PB369
100
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
95
13
14
9
12
4
2
69
86
31
14
90
26
28
17
24
8
4
65
86
35
14
85
38
42
26
35
12
6
68
83
32
17
70
77
83
52
70
25
13
68
84
32
16
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
113
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Verifica-se que na variedade PB269 as limitações não-estomáticas apresentam um
valor relativo inferior ao registado em PB369, com a diminuição do THR. No entanto, as
limitações estomáticas apresentam uma maior componente relativa na variedade PB269,
relativamente a PB369. Porém, as limitações não-estomáticas apresentam um valor relativo
superior ao observado para as limitações estomáticas, em ambas as variedades, para stresse
baixo a moderado. Tal facto, poderá estar relacionado com a concentração de CO2 utilizada
(7%) não ser saturante ou inibir a fotossíntese destas plantas C4, o que poderá provocar uma
sobrevalorização da componente do mesófilo (Marques da Silva, 1999). No entanto, novos
estudos têm revelado que a componente não-estomática pode ser uma componente mais
importante do que aquela que tem sido descrita em stresse moderado, principalmente devido à
diminuição da síntese de ATP, observada para o girassol (Tezara et al., 1999; Medrano et al.,
2002).
Este facto permite verificar que, embora em CO2 ambientais as duas variedades não
apresentem diferenças significativas de A (Fig. 5.9), na variedade PB269 estas limitações
estão relacionadas mais directamente com o fecho estomático (Fig. 5.10) do que com
modificações do metabolismo fotossintético do carbono (Flexas e Medrano, 2002). Em
PB369, as limitações de A estarão mais directamente ligadas a alterações do ciclo do
metabolismo do carbono com a variação do THR, observações concordantes com os valores
da Tab. 5.3.
5.3.3. Fluorescência Modulada
Modulada da Clorofila a
Os dados da fluorescência da clorofila a fornecem informações importantes sobre a
competência fotossintética das espécies vegetais.
A razão entre a fluorescência variável máxima (Fv) e a fluorescência máxima (Fm)
indica a eficiência da conversão de energia pelos centros de reacção do PSII abertos, na
ausência de fenómenos de amortecimento não-fotoquímico. Na Fig. 5.16 observa-se a
variação deste parâmetro com o THR, nas duas variedades seleccionadas.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
114
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB369
PB269
0.8
Fv/Fm
(unidades relativas)
Fv/Fm
(unidades relativas)
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.2
25
50
75
25
100
50
75
100
THR (%)
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆; - -): y = 0,06583 + 0,01108x – 4,8227e-5x2
Recuperação ()
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
Recuperação (; –): y = – 0,0276 + 0,0163x – 9,203e-5x2
(r2 = 0,95 ; p < 0,05)
Fig. 5.16 – Variação do rendimento quântico máximo do PSII (Fv/Fm) em função do teor hídrico
relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de
diferentes plantas.
Pode observar-se que o valor se encontra próximo das 0,7 unidades relativas na
hidratação máxima em ambas as variedades, valor inferior ao de 0,8 encontrado por outros
autores (Maxwell e Johnson, 2000; Marques da Silva e Arrabaça, 2004b) e ao encontrado na
primeira fase deste trabalho (Fig. 4.21). Tal facto, poderá reflectir algumas diferenças
observadas nesta fase, nomeadamente na diminuição de A, em relação à primeira fase do
trabalho. Provavelmente, essas diferenças estarão relacionadas com um maior crescimento das
plantas que poderá ter ocorrido, em relação à fase I, atingindo a maturidade mais cedo que a
inicialmente determinada.
No entanto, podem verificar-se diferenças nas duas variedades. Na variedade PB269,
não se verificam variações significativas deste parâmetro em THR entre os 50 e os 100%,
sofrendo uma queda abrupta para 0,4-0,5 unidades relativas para um THR de cerca de 35%
(caixas da Fig. 5.16), também observado por Marques da Silva (1999) em Setaria sphacelata.
Na variedade PB369, o parâmetro analisado diminui continuamente até atingir um valor de
0,2-0,3 unidades relativas para um THR de cerca de 25%. Tal facto é um dado importante
para distinguir as duas variedades, no que respeita à susceptibilidade do PSII ao stresse
hídrico.
Durante a recuperação, embora realizada em condições de temperatura mais elevadas
(38ºC) que durante o período de stresse, ambas as variedades regressaram aos valores iniciais.
Na Fig. 5.17 observa-se a variação do rendimento quântico efectivo do PSII (ΦPSII) em
função da PPFD.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
115
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB369 Stresse
PB269 Stresse
0.7
ΦPSII
(unidades relativas)
ΦPSII
(unidades relativas)
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0
0
250
500
750
1000
-2
1250
0
1500
250
750
1000
1250
1500
-1
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
THR = 95,6±1,5 (;–): y = 0,727 – 0,00114x + 4,4544e-7x2
THR = 93,9±2,9 (;–): y = 0,7104 – 0,001137x + 4,6742e-7x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
2
(r = 0,99 ; p < 0,01)
-7 2
THR = 68,8±14,9 (;- -): y = 0,4813 – 0,0007776x + 3,1195e x
THR = 83,5±11,4 (;- -): y = 0,4332 – 0,00085x + 3,985e-7x2
(r = 0,95 ; p < 0,01)
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
THR = 37,0±3,2 (∆)
THR = 26,7±11,2 (∆)
2
PB269 Recuperação
PB369 Recuperação
0.7
0.7
0.6
ΦPSII
(unidades relativas)
Φ PSII
(unidades relativas)
500
-2
-1
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
250
500
750
1000
1250
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
1500
0
250
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
500
750
1000
-2
1250
1500
-1
PPFD (µ
µ mol fotões.m .s )
-7 2
THR = 76,8±3,2 (;–): y = 0,4794 – 0,001082x + 5,4715e x
THR = 73,9±1,4 (;–): y = 0,4997 – 0,0005759x – 1,4409e-7x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
(r2 = 0,90 ; p < 0,01)
THR = 76,1±5,7 (;- -): y = 0,5653 – 0,001119x + 5,2405e-7x2
THR = 74,0±16,0 (;- -): y = 0,426 – 0,000692x – 2,7933e-7x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
THR = 37,0±3,2 (∆)
THR = 26,7±11,2 (∆)
Fig. 5.17 – Variação do rendimento quântico efectivo do PSII (ΦPSII) em função da densidade de
fluxo fotónico fotossintético (PPFD), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos
de 5 folhas de diferentes plantas.
Assim perto da hidratação total e no início do stresse, ambas as variedades apresentam
valores perto das 0,65 unidades relativas, para PPFD mais reduzidas, valor observado também
noutras espécies como Cucumis sativus, Ternstroemia gymnantheria e Acacia auriculiformis
(Tsuyama et al., 2003). Este valor diminui com o aumento da PPFD, o que indica o fecho
progressivo dos centros de reacção do PSII, com o aumento da PPFD e também a existência
de processos de fotoinibição da fotossíntese.
Com a diminuição do THR, a proporção de centros de reacção do PSII abertos vai
diminuindo, para as mesmas PPFD, em ambas as variedades. Esta diminuição é, contudo,
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
116
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
mais marcante em PB369, onde, para qualquer dos níveis de stresse considerados, ΦPSII
diminui mais acentuadamente e se anula para PPFD mais baixas. Estes dados indicam uma
progressiva perda de capacidade fotossintética com a diminuição do THR, possivelmente por
dano dos centros de reacção do PSII (Matsubara e Chow, 2004) e associada a efeitos
negativos nas enzimas do metabolismo fotossintético (Parry et al., 2002), com PB369 a
revelar, mais uma vez, uma maior susceptibilidade.
Durante a recuperação, as variedades demonstraram um progressivo regresso a valores
perto dos iniciais. Contudo, o perfil inicial não foi atingido provavelmente porque os valores
de THR não foram recuperados.
Na Fig. 5.18 está representada a variação do amortecimento fotoquímico (qP) em
função da PPFD, em diferentes THR.
Verifica-se também uma diferença de comportamentos nas duas variedades à medida
que o stresse hídrico se intensifica. Perto da hidratação total, até PPFD de cerca de 500 µmol
fotões.m-2.s-1, qP praticamente não sofre variações (ver caixas da Fig. 5.18). Em PB369,
ocorre uma diminuição de qP com o aumento da PPFD a THR de 85%. No entanto, em
PB269, para THR de cerca de 70%, qP apresenta valores semelhantes aos das plantas perto da
hidratação total, indicando que a cadeia fotoquímica apresenta um maior grau de tolerância ao
stresse do que a variedade PB369.
Com a intensificação do stresse hídrico, ambas as variedades apresentam um
anulamento de qP, embora para valores de PPFD diferentes. Este anulamento deve-se ao facto
de a planta sofrer danos nos centros de reacção do PSII (Matsubara e Chow, 2004) e também
porque, à medida que o stresse hídrico progride, as actividades enzimáticas vão sendo
afectadas negativamente, factores que contribuem para a diminuição de qP (Medrano et al.,
2002; Parry et al., 2002).
Na recuperação (efectuada a 38ºC), o parâmetro qP recupera totalmente nas duas
variedades, embora o THR seja mais reduzido que o observado inicialmente, que poderá
resultar de alguma aclimatação das plantas (Sharp et al., 2004).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
117
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB369 Stresse
PB269 Stresse
1.0
qP
(unidades relativas)
qP
(unidades relativas)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
250
500
750
1000
-2
1250
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
250
1500
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
THR = 93,9±2,9 ()
THR = 95,6±1,5 ()
THR = 68,8±14,9 ()
THR = 83,5±11,4 ()
THR = 37,0±3,2 (∆)
THR = 26,7±11,2 (∆)
PB269 Recuperação
750
1000
1250
1500
PB369 Recuperação
1.0
1.00
qP
(unidades relativas)
qP
(unidades relativas)
500
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
-1
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
250
500
750
1000
1250
0.75
0.50
0.25
0.00
250
1500
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
500
750
1000
1250
1500
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
THR = 76,8±3,2 ()
THR = 73,9±1,4 ()
THR = 76,1±5,7 ()
THR = 74,0±16,0 ()
THR = 37,0±3,2 (∆)
THR = 26,7±11,2 (∆)
Fig. 5.18 – Variação do coeficiente de amortecimento fotoquímico (qP) em função da densidade
de fluxo fotónico fotossintético (PPFD), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram
obtidos de 5 folhas de diferentes plantas.
Na Fig. 5.19 está representada a variação do amortecimento não-fotoquímico (qN) em
função de PPFD, para diferentes THR.
Verifica-se que para valores de THR perto da hidratação total, qN, que traduz a
fracção de energia dissipada não-fotoquimicamente, se encontra perto da capacidade máxima
para PPFD de 1300 µmol fotões.m-2.s-1, valor que não é considerado saturante para plantas C4
(Marques da Silva, 1999; Maroco et al., 1999). Tal facto poderá dever-se às condições em que
as plantas foram cultivadas (PPFD de aproximadamente 500 µmol fotões.m-2.s-1).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
118
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB369 Stresse
1.00
qN
(unidades relativas)
qN
(unidades relativas)
PB269 Stresse
0.75
0.50
0.25
0.00
0
250
500
750
1000
1250
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
1500
0
250
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
500
750
1000
-2
1250
1500
-1
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
-7 2
THR = 93,9±2,9 (;–): y = 0,09664 + 0,001756x – 8,2417e x
THR = 95,6±1,5 (;–): y = 0,03413 + 0,001866x – 8,6279e-7x2
(r2 = 0,99 ; p < 0,01)
(r2 = 0,98 ; p < 0,01)
THR = 68,8±14,9 (;- -): y = 0,5419 + 0,0008629x – 3,941e-7x2
THR = 83,5±11,4 (;- -): y = 0,586 + 0,0009194x – 4,6538e-7x2
(r2 = 0,92 ; p < 0,05)
(r2 = 0,90 ; p < 0,05)
THR = 37,0±3,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,6748 + 0,0009621x – 5,5758e-7x2
THR = 26,7±11,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,7066 + 0,0008811x – 5,1853e-7x2
(r2 = 0,59 ; p < 0,05)
(r2 = 0,53 ; p < 0,05)
PB369 Recuperação
1.00
qN
(unidades relativas)
qN
(unidades relativas)
PB269 Recuperação
0.75
0.50
0.25
0.00
0
250
500
750
1000
1250
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
1500
0
250
PPFD (µ
µmol fotões.m-2.s-1)
500
750
1000
1250
1500
PPFD (µ
µ mol fotões.m-2.s-1)
THR = 76,8±3,2 (;–): y = 0,564 + 0,001019x – 5,2704e-7x2
THR = 73,9±1,4 (;–): y = 0,6037 + 0,0003279x
(r2 = 0,97 ; p < 0,01)
(r2 = 0,74 ; p < 0,05)
THR = 76,1±5,7 (;- -): y = 0,4476 + 0,001202x – 5,9714e-7x2
THR = 74,0±16,0 (;- -): y = 0,603 + 0,0007018 – 3,0625e-7x2
2
(r = 0,99 ; p < 0,01)
(r2 = 0,96 ; p < 0,05)
-7 2
THR = 37,0±3,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,6748 + 0,0009621x – 5,5758e x
2
(r = 0,59 ; p < 0,05)
THR = 26,7±11,2 (∆;⋅⋅⋅⋅): y = 0,7066 + 0,0008811x – 5,1853e-7x2
(r2 = 0,53 ; p < 0,05)
Fig. 5.19 – Variação do coeficiente de amortecimento não-fotoquímico (qN) em função da
densidade de fluxo fotónico fotossintético (PPFD), nas experiências de stresse lento. Os pontos
foram obtidos de 5 folhas de diferentes plantas.
À medida que o stresse hídrico aumenta, as variedades vão perdendo a capacidade de
dissipação da energia fotoquimicamente, mesmo para valores reduzidos de PPFD,
aumentando a dissipação não-fotoquímica. No entanto, a diferença entre as duas variedades é
notória. Para valores de THR de cerca de 85%, em PB369, a evolução de qN com PPFD já se
destaca relativamente à observada em PB269, para valores de THR de 70%. Para os valores
de THR considerados, PB369 já apresenta um valor de qN superior ao observado em PB269,
implicando um desvio da energia captada para processos de dissipação não-fotoquímica,
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
119
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
relacionados com um efeito negativo na maquinaria enzimática fotossintética (dissipação
fotoquímica) (Tezara et al., 2003), verificado na Fig. 5.18. Desta forma, a mesma evolução de
qN é observada nas duas variedades em THR diferentes, surgindo, mais uma vez, a variedade
PB269 como a mais tolerante ao stresse hídrico, dado que os seus processos fotossintéticos se
mantém activos a THR mais baixos, comparativamente com a variedade PB369.
Ao aprofundar o estudo de qN através da caracterização dos seus componentes (qE, qT
e qI), é possível observar as diferenças de comportamento nas duas variedades.
Na Fig. 5.20 está representada a variação do coeficiente de amortecimento de alta
energia (qE) em função do THR.
PB269
PB369
0.8
qE
(unidades relativas)
qE
(unidades relativas)
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0
25
50
75
0.7
0.6
0.5
0.4
100
0
THR (%)
25
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆; - -): y = 0,7394 – 0,002877x (r2 = 0,76 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Recuperação (; –): y = 0,7402 – 0,003023x (r2 = 0,76 ; p < 0,01)
Fig. 5.20 – Variação do coeficiente de amortecimento de alta energia (qE) em função do teor
hídrico relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de
diferentes plantas.
Podem verificar-se comportamentos distintos nas duas variedades. Em PB269, existe
uma manutenção de qE entre 0,5 para 0,6 unidades relativas, para THR até cerca de 50% (ver
caixa na Fig. 5.20), embora para THR mais baixos aumente até valores de 0,7 unidades
relativas. qE é considerado o mecanismo de dissipação de energia não-fotoquímica mais
importante, reflectindo um processo de dissipação de energia desencadeado pelo aumento da
concentração de protões no lúmen dos tilacóides, na presença de luz. Esta manutenção de qE,
revela que a variedade PB269 não necessita activar este mecanismo até valores moderados de
stresse hídrico, mantendo uma actividade fotossintética razoável (ver Fig. 5.4), activando-os
apenas em stresse hídrico intenso. Este facto poderá implicar um mecanismo de adaptação
para stresse hídrico moderado da variedade PB269.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
120
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Na variedade PB369, qE apresenta um valor de 0,5 unidades relativas perto da
hidratação total e sofre um progressivo aumento até 0,7 unidades relativas, para THR de cerca
de 20%. Este aumento do qE poderá dever-se ao facto de haver uma diminuição da actividade
do ciclo de Calvin, ocorrendo uma baixa regeneração de ADP, com consequente aumento da
concentração protónica no lúmen dos tilacóides, verificando-se uma energização dos mesmos
(Marques da Silva, 1999; Tezara et al., 1999). Embora as condições de recuperação tenham
sido alteradas, qE recupera para os valores iniciais em ambas as variedades.
Na Fig. 5.21 está representada a variação do coeficiente de amortecimento de transição
de estado (qT) com o THR.
PB369
PB269
0.4
qT
(unidades relativas)
qT
(unidades relativas)
0.4
0.3
0.2
0.1
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0
0
25
50
75
0
100
25
50
75
100
THR (%)
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆; - -): y = 0,3145 – 0,00289x (r2 = 0,91 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Recuperação (; –): y = 0,3879 – 0,00755x + 5,274e-5x2
(r2 = 0,94 ; p < 0,01)
Fig. 5.21 – Variação do coeficiente de amortecimento de transição de estado (qT) em função do
teor hídrico relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas
de diferentes plantas.
qT está relacionado com a transição do estado energético I para o estado energético II,
que resulta da fosforilação de polipéptidos do LHCII, permitindo-lhe o movimento lateral das
zonas ricas em PSII dos grana para as zonas ricas em PSI do estroma, aumentando a
eficiência da fotossíntese através de uma redistribuição de energia entre os dois fotossistemas
(Quick e Stitt, 1989).
Em ambas as variedades há um aumento de qT com a intensificação do stresse hídrico,
embora ligeiramente maior na variedade PB369. Além disso, em PB269, qT parece não variar
significativamente até THR perto de 50%. Esta variação parece indicar que o stresse hídrico
tem um maior impacto na fosforilação do LHCII, no caso da variedade PB369. No entanto, na
recuperação notam-se diferenças entre as duas variedades, uma vez que em PB269, qT
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
121
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
permaneceu constante no valor de 0,2 unidades relativas, enquanto que PB369 recuperou
ligeiramente.
Na Fig. 5.22 está representada a variação do coeficiente de amortecimento
fotoinibitório (qI) em função do THR.
O parâmetro qI está relacionado com o mecanismo de dissipação não-fotoquímica
pelos próprios centros de reacção do PSII, quando existe uma sobre-redução do pool de
quinonas, ocorrendo fotoinibição (Quick e Stitt, 1989).
Na variedade PB269 há um ligeiro aumento de 0,2 para 0,4 unidades relativas quando
foi atingido um THR de 30%, valor claramente inferior ao obtido na variedade PB369, de 0,6
unidades relativas para THR semelhantes. Um aumento de qI pode estar relacionado com a
degradação da proteína D1 do centro de reacção (tipo lesivo) mas também poderá estar
relacionado com um mecanismo adaptativo, uma vez que esse aumento pode preceder a
degradação dessa proteína (Pieters et al., 2003).
Na recuperação, PB269 manteve-se nas 0,4 unidades relativas, enquanto que em
PB369 houve uma diminuição de 0,8 para 0,4 unidades relativas.
PB269
PB369
1.0
qI
(unidades relativas)
qI
(unidades relativas)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
25
50
75
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
100
0
THR (%)
25
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = 0,5118 – 0,002972x (r2 = 0,66 ; p < 0,01)
Stresse (∆; - -): y = 1,067 – 0,01818x + 9,4599e-5x2
Recuperação ()
(r2 = 0,98 ; p < 0,05)
Recuperação (; –): y = 1,123 – 0,0221x + 0,0001524x2
(r2 = 0,92 ; p < 0,01)
Fig. 5.22 – Variação do coeficiente de amortecimento fotoinibitório (qI) em função do teor hídrico
relativo (THR), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de
diferentes plantas.
Globalmente, a análise dos componentes de qN mostra que qE tem um peso maior na
variedade PB269, enquanto qI e qT têm mais relevo na variedade PB369, durante a imposição
do stresse. Isto parece sugerir que a variedade PB269 induz mecanismos mais rápidos (qE) de
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
122
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
ajustamento a situações de variação da disponibilidade hídrica e possui uma menor proporção
de danos no PSII (qI).
Na Fig. 5.23 está representada a variação da taxa de transporte electrónico (ETR) em
função de PPFD, para diferentes THR, apresentando um perfil semelhante ao observado na
variação de A com PPFD (Fig. 5.4).
PB269 Stresse
PB369 Stresse
80
ETR (µ mol.m-2.s-1)
ETR (µ
µ mol m-2 s-1)
80
60
40
20
0
0
250
500
-2
60
40
20
0
750
0
-1
500
750
-2
PPFD (µ mol fotões.m .s )
THR = 93,9±2,9 (;–): y = 241144 * ((1 –
250
-1
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
exp (– 0,3215x /
THR = 95,6±1,5 (;–): y = 221588 * ((1 – exp (– 0,3611x /
241144)) * exp (– 558,3x / 241144) (r2 = 0,98 ; p < 0,01)
221588)) * exp (– 592,4x / 221588) (r2 = 0,92 ; p < 0,01)
THR = 68,8±14,9 (;- -): y = 180433 * ((1 –
THR = 83,5±11,4 (;- -): y = 85740 – 8.478 * ((1 – exp (– 0,1917x
exp (– 0,2428x /
180433)) * exp (– 483,1x / 180433) (r2 = 0,87 ; p < 0,01)
/ 85740)) * exp (– 267,1x / 85740) (r2 = 0,92 ; p < 0,01)
THR = 37,0±3,2 (∆)
THR = 26,7±11,2 (∆)
PB269 Recuperação
PB369 Recuperação
80
ETR (µ mol m-2 s-1)
ETR (µ
µ mol.m-2.s-1)
80
60
40
20
0
0
250
500
exp (– 0,2841x /
THR = 76,1±5,7 (;- -): y = 178010 * ((1 –
exp (– 0,2946x /
20
0
PPFD (µ
µ mol fotões.m-2.s-1)
THR = 76,8±3,2 (;–): y = 121101 * ((1 –
40
0
750
121101)) * exp (– 617,8x / 121101) (r2 = 0,90 ; p < 0,05)
60
250
500
-2
750
-1
PPFD (µ
µmol fotões.m .s )
THR = 73,9±1,4 (;–): y = 162754 * ((1 – exp (– 0,2847x /
162754)) * exp (– 387,9x / 162754) (r2 = 0,83 ; p < 0,05)
THR = 74,0±16,0 (;- -): y =170994 * ((1 – exp (– 0,2212x /
178010)) * exp (– 713,5e7x / 178010) (r2 = 0,92 ; p < 0,01)
170994)) * exp (– 459,6x / 170994) (r2 = 0,89 ; p < 0,01)
THR = 37,0±3,2 (∆)
THR = 26,7±11,2 (∆)
Fig. 5.23 – Variação da taxa de transporte electrónico (ETR) em função da densidade de fluxo
fotónico fotossintético (PPFD), nas experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5
folhas de diferentes plantas.
Observa-se na Tabela 5.5, os parâmetros retirados da aplicação do modelo de Platt et
al. (1980) na Fig. 5.23.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
123
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Tabela 5.5 – Parâmetros da equação de Platt et al. (1980), resultantes da aplicação do modelo à
Fig. 5.23., nas duas variedades portuguesas de milho.
PB269
PB369
Stresse
Stresse
THR (%)
THR (%)
Parâmetros
93,9 ± 2,9
68,8 ± 14,9
37,0 ± 3,2
95,6 ± 1,5
83,5 ± 11,4
26,7 ± 11,2
ETRmáx
(mmol.m-2.s-1)
51,07 ± 22,43
33,35 ± 8,32
-
49,67 ±13,40
22,63 ± 8,57
-
α
0,322 ± 0,040
0,243 ± 0,089
-
0,361 ± 0,028
0,192 ± 0,013
-
(µmol CO2 / µmol fotões)
Recuperação
Recuperação
THR (%)
THR (%)
Parâmetros
37,0 ± 3,2
76,1 ± 5,7
76,8 ± 3,2
26,7 ± 11,2
74,0 ± 16,0
73,9 ± 1,4
ETRmáx
(mmol.m-2.s-1)
-
27,03 ± 12,43
20,48 ± 6,92
-
30,27 ±12,82
43,93 ± 6,04
α
-
0,295 ± 0,067
0,284 ± 0,037
-
0,221 ± 0,040
0,285 ± 0,048
(µmol CO2 / µmol fotões)
Pode observar-se uma ETR máxima de cerca de 50 µmol.m-2.s-1, em ambas as
variedades, para uma PPFD entre os 400 e os 500 µmol fotões.m-2.s-1, valores em que as
plantas foram cultivadas na câmara climatizada. Ambas as variedades demonstram uma
diminuição deste parâmetro para PPFD mais elevadas, demonstrando um efeito de
fotoinibição, e um valor de eficiência fotossintética semelhante (valor de α). No que respeita
ao parâmetro β, o modelo não conseguiu estimar este parâmetro com precisão, pelo que não
são apresentados na Tabela 5.5.
À medida que o stresse hídrico aumenta, com a consequente diminuição do THR,
verifica-se uma diminuição de ETR, por possível afectação da cadeia transportadora de
electrões e/ou danos no PSII e também devido a uma diminuição da taxa de actividade do
ciclo de Calvin. A variedade PB269 demonstra uma maior ETR para THR mais baixos,
comparativamente com a variedade PB369, bem como uma eficiência fotossintética superior
(valor de α superior em PB269).
No final do período de stresse, em que ambas as variedades apresentavam um THR
muito reduzido, o ETR era reduzido para PPFD mais baixos e nulos para PPFD mais
elevados. O transporte de electrões a THR muito baixos, quando A é pequeno ou nulo, é
mantido principalmente devido ao funcionamento da fotorrespiração (Lawlor e Cornic, 2002).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
124
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Durante a recuperação verificou-se que PB269 apresentou algumas dificuldades em
recuperar para os valores iniciais, embora PB369 tenha recuperado quase totalmente o seu
perfil de ETR em resposta a um gradiente de luz.
Na Fig. 5.23, não foram representados os pontos obtidos a PPFD de 1300 µmol
fotões.m-2.s-1, uma vez que eram nulos e não estavam concordantes com as taxas
fotossintéticas registadas durante este ensaio para aquela gama de PPFD, pelo que terá
ocorrido uma interferência entre o fluorómetro e o PPFD elevado que foi utilizado (Maxwell
et al., 1999).
Desta forma, verifica-se que o stresse hídrico afecta grande parte da componente
química e fotoquímica da fotossíntese nas duas variedades, embora PB269 tenha claramente
surgido como a variedade mais tolerante, apresentando uma estratégia de redução progressiva
da fotossíntese com a diminuição do THR, por dissipação de energia não-fotoquímica
desencadeado pelo aumento da concentração de protões no lúmen dos tilacóides na presença
de luz (qE), principalmente em stresse moderado. Por outro lado, a variedade PB369
apresentou sérias dificuldades durante o stresse hídrico, com danos no PSII a THR mais
elevados (redução de Fv/Fm e aumento de qI) do que em PB269.
5.3.4
5.3.4. Clorofilas Totais e Carotenóides
A quantificação das clorofilas e carotenóides totais foi realizada nas amostras
recolhidas durante o ensaio das curvas A/CO2a, e, desta forma, o período de stresse e a
recuperação na câmara climatizada foram efectuadas em condições idênticas.
Na Fig. 5.24 está representada a variação da clorofila a em função do THR. Observase, em ambas as variedades, um valor de cerca de 3 mg.g-1 peso seco perto da hidratação total.
Na variedade PB269, ocorreu uma diminuição para cerca de 2 mg.g-1 peso seco para um THR
de cerca de 60%, e durante a recuperação permanece entre 1-2 mg.g-1 peso seco. Estes níveis
reduzidos de clorofila a durante a recuperação poderão ser, em parte, responsáveis pela fraca
recuperação desta variedade (ver Fig. 5.9). Por outro lado, na variedade PB369, só se obteve
uma medição abaixo de THR de 80%, não ocorrendo qualquer variação significativa entre o
período de stresse e o de recuperação.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
125
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB269
PB369
5
Clorofila a
(mg.g-1 peso seco)
Clorofila a
(mg.g-1 peso seco)
5
4
3
2
1
0
60
70
80
90
4
3
2
1
0
100
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 5.24 – Variação da clorofila a em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo das
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de diferentes plantas.
Na Fig. 5.25 está representada a variação da clorofila b em função do THR.
PB269
PB369
1.00
Clorofila b
(mg.g-1 peso seco)
Clorofila b
(mg.g-1 peso seco)
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
0.75
0.50
0.25
0.00
60
70
80
90
100
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 5.25 – Variação da clorofila b em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo das
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de diferentes plantas.
Na variedade PB269, ocorre uma ligeira descida da clorofila b de 0,50 mg.g-1 peso
seco para 0,25 mg.g-1 peso seco, com a diminuição do THR. Após irrigação, permanece em
torno deste último valor. Na variedade PB369, tal como na clorofila a, não se verificam
alterações, dado que só existe um ponto abaixo do THR de 80%.
Na Fig. 5.26 está representada a variação da clorofila total com o THR.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
126
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB269
PB369
5
Clorofila total
(mg.g-1 peso seco)
Clorofila total
(mg.g-1 peso seco)
5
4
3
2
1
0
60
70
80
90
4
3
2
1
0
100
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 5.26 – Variação da clorofila total em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo das
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de diferentes plantas.
Embora estes dados não sejam estatisticamente significativos, observa-se uma
variação semelhante à observada para a clorofila a, dado que a clorofila b apresenta valores
muito mais baixos e não apresenta variações significativas.
Durante períodos de stresse hídrico, a diminuição do conteúdo em clorofilas é comum,
tendo sido observada quer em milho (Alberte et al., 1977), quer em trigo (Loggini et al.,
1999). Tal facto deve-se à exposição das clorofilas a agentes de degradação, como ROS, com
a diminuição da quantidade de água presente nas células e do próprio desequilíbrio entre a
fase fotoquímica e a fase química (Loggini et al., 1999).
Dependendo do nível de stresse a que as plantas estão sujeitas, poderá haver maior ou
menor degradação de clorofila. No entanto, a variedade PB269 consegue suportar stresses
hídricos elevados mantendo alguma actividade fotossintética, mas não conseguindo impedir a
degradação da clorofila, o que vai implicar alguns problemas na recuperação.
Por outro lado, na azinheira e no sobreiro, espécies tipicamente mediterrânicas, ocorre
uma diminuição da clorofila, durante o Verão, de forma a regular a fotossíntese em condições
de baixos recursos hídricos e elevada radiação solar (Maroco et al., 2002).
Na Fig. 5.27 está representada a variação dos carotenóides totais com o THR.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
127
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB269
PB369
3
Carotenóides totais
(mg.g-1 peso seco)
Carotenóides totais
(mg.g-1 peso seco)
3
2
1
0
60
70
80
90
2
1
0
100
60
THR (%)
70
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 5.27 – Variação dos carotenóides totais em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo
das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 5 folhas de diferentes plantas.
A variedade PB269 apresenta um valor de carotenóides totais de cerca de 1,7 mg.g-1
peso seco em folhas totalmente hidratadas, enquanto PB369 apresenta um valor de 1,4 mg.g-1
peso seco. Com a diminuição do THR, em PB269, os carotenóides diminuem até cerca de 1
mg.g-1 peso seco. Em PB369, não se observam quaisquer diferenças significativas até THR de
85%.
Durante o período de recuperação, PB369 não sofre quaisquer alterações
significativas. Por outro lado, em PB269, os carotenóides totais diminuem para cerca de 0,5
mg.g-1 peso seco, durante o período de recuperação. Tal facto pode revelar mecanismos
diferentes de resposta ao stresse hídrico, nomeadamente algumas alterações nas vias
metabólicas dos carotenóides, que podem levar, em parte, à produção de ABA, com
consequente aumento da tolerância ao stresse hídrico (Schwartz et al., 1997; Borel et al.,
2001).
5.3.5.
5.3.5. Metabolismo do Carbono
As actividades das principais enzimas do metabolismo fotossintético das duas
variedades de milho seleccionadas foram determinadas a partir de amostras recolhidas durante
o ensaio de determinação das curvas A/PPFD. Durante este ensaio, as câmaras climatizadas
sofreram uma avaria durante o período de recuperação, aumentando a temperatura dos 25ºC
para os 38ºC, pelo que é necessário ter este facto em conta na análise e discussão dos dados
obtidos.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
128
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.3.5.1. Ribuloseibulose-1,51,5-Bisfosfato Carboxilase/O
arboxilase/Oxigenase (RuBisCO)
RuBisCO)
Na Fig. 5.28 está representada a variação da actividade inicial da RuBisCO em função
do THR, no ensaio de stresse lento.
PB369
5
Actividade inicial da RuBisCO
µ mol RuBP.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
Actividade inicial da RuBisCO
µ mol RuBP.hr-1.mg-1 proteína)
(µ
PB269
4
3
2
1
0
25
50
75
100
THR (%)
5
4
3
2
1
0
25
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = – 0,8214 + 0,03390x (r2 = 0,71 ; p < 0,01)
Stresse (∆)
Recuperação (; –)
Recuperação (; –)
Fig. 5.28 – Variação da actividade inicial da RuBisCO em função do teor hídrico relativo (THR),
ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes
plantas.
Perto da hidratação total, a variedade PB369 apresenta uma actividade inicial da
RuBisCO de 3,2 µmol RuBP.hr-1.mg-1 proteína solúvel, a qual é superior à da variedade
PB269 (2,6 µmol RuBP.hr-1.mg-1 proteína solúvel). Em ambas as variedades há uma
diminuição da actividade inicial da RuBisCO com a diminuição do THR. Para THR de cerca
de 30%, as duas variedades apresentam actividades enzimáticas iniciais da RuBisCO muito
reduzidas que mantêm durante a recuperação. No entanto, no final do stresse, a A apresentava
valores negativos (Fig. 5.4), que recuperou muito pouco durante o período de recuperação. O
facto de A ser negativo, embora exista alguma actividade inicial da RuBisCO para o mesmo
THR poderá estar relacionado com uma reduzida A bruta que corresponderá a uma A efectiva
negativa.
A diminuição da actividade inicial da RuBisCO também poderá estar relacionada com
a inibição ou não-activação dos locais activos da enzima (Parry et al., 2002). Inibidores como
o CA1P ligam-se fortemente aos locais de carbamilação em condições de luz reduzida e à
noite (Holbrook et al., 1994) e a sua remoção é facilitada pela RuBisCO activase (Hammond
et al., 1998), pelo que pode a sua actividade ser afectada à medida que o stresse hídrico
progride.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
129
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Na Fig. 5.29 está representada a variação da actividade total da RuBisCO em função
do THR, no ensaio de stresse lento.
PB369
Actividade total da RuBisCO
µ mol RuBP.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
Actividade total da RuBisCO
µ mol RuBP.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
PB269
15
10
5
0
25
50
75
100
15
10
5
0
25
THR (%)
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = – 2,145 + 0,1083x (r2 = 0,76 ; p < 0,01)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 5.29 – Variação da actividade total da RuBisCO em função do teor hídrico relativo (THR), ao
longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Ambas as variedades apresentam um valor de actividade total da RuBisCO de cerca de
9 µmol RuBP.hr-1.mg-1 proteína solúvel, perto da hidratação total. Tal como na actividade
inicial, também a actividade total diminui de forma semelhante com a diminuição do THR.
Durante a recuperação verifica-se, tal como na actividade inicial, uma tendência para
haver uma diminuição da actividade total, com o aumento do THR (ver caixas Fig. 5.28 e
5.29). É preciso ter em conta as condições de temperatura durante a recuperação que parecem
ter afectado quer a actividade inicial, quer a actividade total da RuBisCO, que poderão
resultar de alterações na conformação estrutural da enzima e, assim, a sua actividade (Parry et
al., 2002). Também poderia dever-se a alterações da concentração das proteínas totais, mas tal
não se observou após a quantificação das mesmas.
Observa-se, em ambas as actividades, um padrão semelhante de diminuição com o
progresso do stresse hídrico. No entanto, a variedade PB269 apresenta uma diminuição
gradual com o THR, enquanto a variedade PB369 apresenta uma diminuição em patamar,
ocorrendo uma diminuição brusca das actividades num determinado THR (cerca de 80%),
como já havia sido verificado durante a fase I deste trabalho.
Comparando com os dados da Fig. 5.4, em que ambas as variedades apresentam
valores negativos da A para THR perto dos 30%, poderá constatar-se que para estes valores
reduzidos de THR, a respiração apresenta uma contribuição relativa mais importante que a da
fotossíntese (Lawlor e Cornic, 2002). No entanto, A recupera parcialmente, embora as
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
130
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
actividades da RuBisCO permaneçam inalteradas, o que poderá em parte estar relacionado
com a recuperação da estrutura das folhas (que se encontravam enroladas, possivelmente com
a estrutura histológica distorcida), que facilita a difusão do CO2 até aos locais de fixação, ou
ainda com a diminuição da respiração, com o aumento da gs (correspondendo a uma
diminuição da limitação estomática) ou com a recuperação dos centros activos do PSII.
Na Fig. 5.30 está representada a activação da RuBisCO em função do THR, no ensaio
de stresse lento.
Perto da hidratação total, pode observar-se que a activação da RuBisCO na variedade
PB369 (cerca de 40%) é ligeiramente superior à da variedade PB269 (cerca de 30%). Embora
em ambas haja uma certa tendência para diminuir com a diminuição do THR, esta não é
estatisticamente significativa, ou seja, as diminuições das actividades da RuBisCO não se
devem a grandes alterações na activação da enzima e, provavelmente, dever-se-á a uma
diminuição de Kcat (Parry et al., 2002).
PB269
PB369
60
Activação da RuBisCO (%)
Activação da RuBisCO (%)
60
40
20
0
25
50
75
40
20
0
25
100
THR (%)
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 5.30 – Variação da activação da RuBisCO em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo
das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Na redução de A, a RuBisCO tem certamente um papel importante na medida que
ocorre uma diminuição das suas actividades, a qual poderá ter como origem uma diminuição
da quantidade de RuBisCO presente nas folhas (Gallais e Hirel, 2004), embora tal facto só
pudesse ser comprovado por uma quantificação efectiva da enzima, dado que poderá ser
resultado apenas de uma inibição ou não-activação da enzima (Parry et al., 2002). No entanto,
como tem sido observado ao longo deste trabalho, a RuBisCO não é o único factor a
contribuir para a diminuição de A, como o demonstram os resultados de fluorescência da
clorofila. O conjunto de todos os processos, desde a captação da luz até à fixação do carbono,
formam uma rede complexa de interacções, as quais serão afectadas pelo stresse hídrico em
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
131
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
diferentes graus, contribuindo de formas diferentes para a redução de A, com a diminuição do
THR.
Na Fig. 5.31 está representada a variação das actividades inicial e total da RuBisCO
em função do THR, no ensaio de stresse rápido.
As actividades observadas perto da hidratação total são inferiores às observadas nas
plantas do stresse lento devido ao facto de terem passado por dois dias de temperaturas
elevadas (38ºC) devido a avaria da câmara climatizada. Este dado é preciso ter em conta na
análise dos dados do stresse rápido.
Em ambas as variedades, não há uma variação estatisticamente significativa das
actividades inicial e total da RuBisCO com a diminuição do THR. Contudo, em PB269
observa-se uma descida da actividade para THR inferiores a 50%.
PB369
5
Actividade da RuBisCO
µ mol RuBP.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
Actividade da RuBisCO
µ mol RuBP.hr-1.mg-1 proteína)
(µ
PB269
4
3
2
1
0
25
50
75
100
5
4
3
2
1
0
25
50
THR (%)
75
100
THR (%)
Actividade inicial (∆)
Actividade inicial (∆)
Actividade total ()
Actividade total ()
Fig. 5.31 – Variação das actividades inicial (∆) e total () da RuBisCO em função do teor hídrico
relativo (THR), ao longo das experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas
de diferentes plantas.
Também na activação da RuBisCO não há uma variação estatisticamente significativa,
situando-se entre 30% e 40%, ao longo do THR (Fig. 5.32).
Lal e Edwards (1996) encontraram valores superiores de activação para Zea mays
(cerca de 80%). Os valores observados neste trabalho poderão reflectir as condições de
crescimento das plantas, uma vez que o estado de activação da RuBisCO está dependente da
PPFD ambiente (Perchorowicz et al., 1981; Zhang e Portis, 1999).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
132
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB269
PB369
60
Activação da RuBisCO (%)
Activação da RuBisCO (%)
60
40
20
0
25
50
75
40
20
0
25
100
50
THR (%)
75
100
THR (%)
Fig. 5.32 – Variação da activação da RuBisCO em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo
das experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Desta forma, em ambas as variedades, verificam-se diferenças nas actividades da
RuBisCO quando sujeitas a diferentes tipos de stresse. No stresse lento, há uma progressiva
diminuição das actividades da RuBisCO com a diminuição do THR, enquanto que no stresse
rápido, a enzima não sofre alteração nas suas actividades. No entanto, verificou-se na fase I
deste trabalho que ocorria uma diminuição da A com a diminuição do THR, no stresse rápido
(Fig. 4.13). Tal facto indica que se deverá a limitações estomáticas da fotossíntese (Fig. 4.14)
ou a outro tipo de limitações não-estomáticas, nomeadamente a elementos da cadeia
transportadora de electrões (Fig. 4.25) ou a alterações das actividades de outras enzimas do
ciclo fotossintético do carbono (Fig.5.35 e Fig. 5.37).
5.3.5.2.
5.3.5.2. Fosfoenolpiruvato Carboxilase (PEPC)
Na Fig. 5.33 está representada a variação da actividade inicial da PEPC em função do
THR.
Perto da hidratação total, a variedade PB269 apresenta uma actividade inicial da PEPC
de cerca de 30 µmol PEP.hr-1.mg-1 proteína solúvel, inferior à observada na variedade PB369
(cerca de 40 µmol PEP.hr-1.mg-1 proteína solúvel). No entanto, verifica-se que, com a
diminuição do THR, a actividade inicial da PEPC vai diminuindo até atingir o valor de 10
µmol PEP.hr-1.mg-1 proteína solúvel para THR na ordem dos 30%. Isto não está de acordo
com o observado para o milho, em que a actividade da PEPC se mantém ou chega a aumentar
em condições de stresse moderado, a qual tem sido relacionada com o aumento da
concentração de prolina, através do aumento dos seus percursores (Jeanneau et al., 2002).
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
133
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
PB369
50
Actividade inicial da PEPC
µ mol PEP.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
Actividade inicial da PEPC
µ mol PEP.hr-1.mg-1 proteína)
(µ
PB269
40
30
20
10
0
25
50
75
100
50
40
30
20
10
0
25
50
THR (%)
75
100
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = 4,161 + 0,2432x (r2 = 0,59 ; p < 0,05)
Stresse (∆; - -): y = 0,06901 + 0,4057x (r2 = 0,83 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 5.33 – Variação da actividade inicial da PEPC em função do teor hídrico relativo (THR), ao
longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Durante a recuperação, tal como já foi verificado nas actividades da RuBisCO, a
actividade inicial da PEPC de ambas as variedades permanece constante no valor observado
no final do período de stresse.
Na Fig. 5.34 está representada a variação da actividade máxima da PEPC em função
do THR.
PB369
70
Actividade máxima da PEPC
µ mol PEP.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
Actividade máxima da PEPC
µ mol PEP.hr-1.mg-1 proteína)
(µ
PB269
60
50
40
30
20
10
0
25
50
75
100
THR (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
25
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = 2,992 +0,3476x (r2 = 0,89 ; p < 0,01)
Stresse (∆; - -): y = 7,812 + 0,4423x (r2 = 0,85 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Recuperação ()
Fig. 5.34 – Variação da actividade máxima da PEPC em função do teor hídrico relativo (THR), ao
longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
A variedade PB269 apresenta, perto da hidratação total, uma actividade máxima da
PEPC de cerca de 40 µmol PEP.hr-1.mg-1 proteína solúvel. Na variedade PB369, o valor da
actividade total da PEPC é superior (50 µmol PEP.hr-1.mg-1 proteína solúvel). Em ambas as
variedades, há uma diminuição da actividade total com a diminuição do THR, atingindo os 15
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
134
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
µmol PEP.hr-1.mg-1 proteína solúvel na variedade PB269 e os 20 µmol PEP.hr-1.mg-1 proteína
solúvel na variedade PB369, para THR de 30%.
No período de recuperação, mais uma vez, a actividade máxima da PEPC permaneceu
inalterada nos valores registados no final do período de stresse.
Nos ensaios de stresse rápido, verificam-se, tal como nas actividades da RuBisCO,
diferenças significativas em relação aos ensaios de stresse lento.
Na Fig. 5.35 está representada a variação das actividades inicial e máxima da PEPC
em função do THR, no ensaio de stresse rápido.
PB369
Actividade da PEPC
µ mol PEP.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
Actividade da PEPC
µ mol PEP.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
PB269
50
40
30
20
10
0
25
50
75
100
THR (%)
50
40
30
20
10
0
25
50
75
100
THR (%)
Actividade inicial (∆)
Actividade inicial (∆)
Actividade máxima ()
Actividade máxima ()
Fig. 5.35 – Variação das actividades inicial (∆) e máxima () da PEPC em função do teor hídrico
relativo (THR), ao longo das experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas
de diferentes plantas.
Embora as diferenças observadas entre os valores das actividades da PEPC, entre as
duas variedades, sejam notórias, em nenhuma há alteração com a diminuição do THR. No
entanto, mais uma vez se relembra que as actividades observadas perto da hidratação total são
inferiores às observadas nas plantas do stresse lento devido ao facto de terem passado por dois
dias de temperaturas elevadas (38ºC) devido a avaria da câmara climatizada.
A regulação da enzima PEPC é efectuada essencialmente pela resposta a metabolitos
efectores, como a inibição pelo malato e a activação por açúcares fosfatados (Ting e Osmond,
1973; Doncaster e Leegood, 1987). Os efeitos destes metabolitos são modulados pela
fosforilação da enzima, a qual é reversível, dependente da luz e levada a termo pela enzima
PEPCK. Esta fosforilação leva a uma diminuição da sensibilidade à inibição pelo malato e a
um aumento da sensibilidade à activação pela glucose-6-fosfato (Jao e Chollet, 1992; Bailey
et al., 2000). Por outro lado, a actividade da enzima PEPCK está dependente da quantidade de
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
135
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
ATP presente, a qual diminui durante períodos de stresse hídrico (Tezara et al., 1999).
Também as curvas A/Ci (não representadas, mas muito semelhantes às curvas A/CO2a da Fig.
5.9), através da análise do seu declive inicial (eficiência de carboxilação), indicam algumas
propriedades cinéticas da enzima (Bailey et al., 2000). Desta forma, observa-se uma
diminuição do declive da curva à medida que o stresse hídrico aumenta, reflectindo uma
diminuição da actividade da PEPC. Na variedade PB269, existe alguma recuperação após
irrigação, enquanto que na variedade PB369 a recuperação não existe, continuando o declive
inicial do gráfico a diminuir.
5.3.5.3. Enzima Málica Dependente de NADP (EM(EM-NADP)
Na Fig. 5.36 está representada a variação da actividade da enzima málica dependente
de NADP em função do THR, no ensaio de stresse lento.
PB369
Actividade da EM-NADP
µ mol malato.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
Actividade da EM-NADP
µ mol malato.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
PB269
20
15
10
5
0
25
50
75
100
THR (%)
15
10
5
0
25
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆; - -): y = – 3,609 + 0,1982x (r2 = 0,92 ; p < 0,01)
Recuperação ()
20
Stresse (∆)
Recuperação (; –): y = 16,84 – 0,1537x (r2 = 0,66 ; p < 0,05)
Fig. 5.36 – Variação da actividade máxima da EM-NADP em função do teor hídrico relativo
(THR), ao longo das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de
diferentes plantas.
Ambas as variedades apresentam valores de actividade desta enzima de cerca de 15
µmol malato.h-1.mg-1 proteína solúvel, na hidratação total. No entanto, na variedade PB269,
há uma clara diminuição da actividade com a redução do THR até 5 µmol malato.hr-1.mg-1
proteína solúvel em THR de cerca de 30%. Em PB369, a variação não é significativa.
Durante a recuperação, PB269 mantém a actividade em 5 µmol malato.hr-1.mg-1
proteína solúvel, enquanto que em PB369 há uma diminuição até atingir o mesmo valor de
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
136
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
actividade a THR de 75%. No entanto, estes dados não permitem discutir a recuperação,
dadas as circunstâncias em que esta ocorreu.
A variação da actividade no ensaio do stresse lento contrasta claramente com a
variação obtida no ensaio de stresse rápido (Fig. 5.37). No ensaio de stresse rápido, a
actividade não sofre alterações estatisticamente significativas, mantendo-se constante em
ambas as variedades. No entanto, a actividade em PB269, na hidratação total, é cerca de
metade da verificada nos ensaios de stresse lento, o que pode indicar alguma perturbação
nesta variedade durante o crescimento das plantas.
PB369
20
Actividade da EM-NADP
µ mol malato.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
Actividade da EM-NADP
µ mol malato.hr-1.mg -1 proteína)
(µ
PB269
15
10
5
0
25
50
75
100
20
15
10
5
0
25
THR (%)
50
75
100
THR (%)
Fig. 5.37 – Variação da actividade máxima da EM-NADP em função do teor hídrico relativo
(THR), ao longo das experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de
diferentes plantas.
Esta manutenção da actividade da enzima málica no milho, em condições de stresse
rápido, já havia sido verificada por outros autores (Saccardy et al., 1996), e a expressão do
gene desta enzima em plantas de tabaco, melhorou consideravelmente a sua tolerância ao
stresse hídrico (Laporte et al., 2002). No entanto, as actividades observadas perto da
hidratação total são inferiores às observadas nas plantas do stresse lento pelas razões já
referidas.
5.3.6.
5.3.6. Determinação de Solutos Compatíveis
A quantificação de aminoácidos livres e prolina, para averiguar a possível presença de
solutos compatíveis, foi realizada em três ensaios, dois de stresse lento e um de stresse rápido.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
137
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
5.3.6.1.
5.3.6.1. Aminoácidos Livres
A concentração de aminoácidos livres, na variedade PB269, permaneceu relativamente
constante ao longo da experiência de stresse lento (cerca de 3 µg.mg-1 peso seco), ao contrário
da variedade PB369 que, para THR semelhantes (30 %), duplicou a sua concentração (de
cerca de 3-4 µg.mg-1 peso seco para cerca de 8 µg.mg-1 peso seco) (Fig. 5.38), possivelmente
devido a efeitos de senescência, resultante de uma maior actividade endoproteolítica,
característica de espécies susceptíveis ao stresse hídrico (Arad e Richmond, 1976; BuchananWollaston, 1997). No período de recuperação do stresse, a concentração pareceu indicar uma
leve diminuição em PB269 e uma diminuição marcada em PB369, regressando a valores
próximos dos iniciais. Estes dados sugerem a utilização dos aminoácidos na reparação dos
danos provocados pelo stresse hídrico, na variedade PB369.
PB269
PB369
15
Aminoácidos livres
(µ
µ g.mg-1 peso seco)
Aminoácidos livres
(µ g.mg-1 peso seco)
15
10
5
0
0
25
50
75
10
5
0
100
0
THR (%)
25
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆; - -): y = 11,07 – 0,07952x (r2 = 0,76 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Recuperação (; –): y = 11,96 – 0,1102x (r2 = 0,79 ; p < 0,01)
Fig. 5.38 – Variação dos aminoácidos livres em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo
das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Contudo, o período de recuperação foi realizado a uma temperatura diferente da inicial
(38ºC e não os 25ºC programados), devido a uma avaria na câmara climatizada, pelo que
procedeu-se à realização de um ensaio independente (Fig. 5.39).
Neste ensaio, não se atingiram valores de THR tão baixos como no primeiro ensaio
(cerca de 60%). Na variedade PB269, a concentração de aminoácidos livres permaneceu
relativamente constante (cerca de 3 µg.mg-1 peso seco) (ver caixa da Fig. 5.39) mas no
período de recuperação desceu até valores mais baixos (cerca de 1 µg.mg-1 peso seco). Na
variedade PB369, a concentração de aminoácidos livres manteve-se relativamente constante
até THR de 80%, embora tenha sido obtido um ponto com THR inferior (cerca de 65%) com
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
138
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
uma concentração de aminoácidos livres de cerca de 4 µg.mg-1 peso seco, e durante o período
de recuperação diminuiu para cerca de 2 µg.mg-1 peso seco (ver caixas da Fig. 5.39). Este
ensaio veio confirmar os dados e reforçar a hipótese colocada no ensaio anterior.
PB269
PB369
5
Aminoácidos livres
(µ g.mg-1 peso seco)
Aminoácidos livres
(µ g.mg-1 peso seco)
5
4
3
2
1
0
60
70
80
90
4
3
2
1
0
60
100
70
THR (%)
80
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação (; –): y = 7,603 – 0,06901x (r2 = 0,91 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Fig. 5.39 – Variação dos aminoácidos livres em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo
das experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Procedeu-se também à quantificação dos aminoácidos livres em experiências de
stresse rápido (Fig. 5.40).
PB269
PB369
6
Aminoácidos livres
(µ g.mg-1 peso seco)
Aminoácidos livres
(µ g.mg-1 peso seco)
6
5
4
3
2
1
0
30
40
50
60
70
80
90
5
4
3
2
1
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = 6,363 – 0,0308x (r2 = 0,66 ; p < 0,01)
Fig. 5.40 – Variação dos aminoácidos livres em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo
das experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Na variedade PB269, a concentração de aminoácidos livres manteve-se constante ao
longo do stresse rápido, enquanto que em PB369 sofreu um aumento significativo.
O stresse hídrico provoca uma degradação dos componentes celulares, nomeadamente
a nível das membranas celulares (Gigon et al., 2004). No entanto, poderão também estar
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
139
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
relacionadas com a mobilização de proteínas de reserva (Raymond e Smirnoff, 2002). De uma
forma ou de outra, é possível verificar as diferenças entre as duas variedades, em ambas as
experiências de stresse lento e de stresse rápido. A variedade PB269 parece possuir
mecanismos que evitam uma maior degradação dos seus componentes celulares ou manter a
sua actividade sem aumento da mobilização das suas reservas proteicas, em comparação com
PB369.
5.3.6.2.
5.3.6.2. Prolina
Nas duas variedades, a concentração de prolina, durante o período de stresse lento, não
sofreu uma variação significativa (Fig. 5.41). Tal facto poderá estar relacionado com a
diminuição da actividade da enzima PEPC, a qual já foi apontada como responsável pelo
aumento da prolina, conduzindo a um ajustamento osmótico (Jeanneau et al., 2002). Contudo,
durante o período de recuperação, a concentração de prolina diminuiu de forma marcada na
variedade PB269. Em PB369 mostrou alguma tendência para diminuir mas não de forma
significativa.
PB269
PB369
10
Prolina
(µ g.mg-1 peso seco)
Prolina
(µ g.mg-1 peso seco)
10
8
6
4
2
0
0
25
50
75
8
6
4
2
0
100
0
THR (%)
25
50
75
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação (; –): y = 8,639 – 0,06283x (r2 = 0,65 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Fig. 5.41 – Variação da prolina em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo das
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
As amostras utilizadas nesta experiência também estiveram sujeitas a temperaturas
elevadas durante o período de recuperação (38ºC), pelo que se repetiu o ensaio numa
experiência independente.
Os resultados foram semelhantes, com ambas as variedades a não sofrerem variações
significativas na concentração de prolina ao longo do período de stresse (Fig. 5.42). Em
PB269, a concentração de prolina diminuiu de forma marcada durante o período de
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
140
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
recuperação para cerca de 30% da concentração inicial. Esta diminuição pode ser resultado da
indução da prolina desidrogenase, cuja actividade aumenta durante a recuperação do stresse
hídrico (Hare et al., 1999). A variedade PB369 demonstra uma certa tendência para ocorrer a
diminuição da concentração de prolina durante a recuperação, embora não seja significativa.
PB269
PB369
10
Prolina
(µ g.mg-1 peso seco)
Prolina
(µ g.mg-1 peso seco)
10
8
6
4
2
0
60
70
80
90
8
6
4
2
0
60
100
70
80
THR (%)
90
100
THR (%)
Stresse (∆)
Stresse (∆)
Recuperação (; –): y = 16,18 – 0,147x (r2 = 0,78 ; p < 0,01)
Recuperação ()
Fig. 5.42 – Variação da prolina em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo das
experiências de stresse lento. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Nas experiências de stresse rápido, também se verificam diferenças nas duas
variedades (Fig. 5.43). Em PB269, ocorreu uma diminuição da concentração de prolina para
cerca de metade da inicial, enquanto que, em PB369, a concentração de prolina se manteve
constante ao longo do stresse.
PB269
PB369
10
Prolina
(µ g.mg-1 peso seco)
Prolina
(µ g.mg-1 peso seco)
10
8
6
4
2
0
30
40
50
60
70
80
90
8
6
4
2
0
30
100
THR (%)
40
50
60
70
80
90
100
THR (%)
y = – 0,2655 + 0,01805x (r2 = 0,73 ; p < 0,05)
Fig. 5.43 – Variação da prolina em função do teor hídrico relativo (THR), ao longo das
experiências de stresse rápido. Os pontos foram obtidos de 3 folhas de diferentes plantas.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
141
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Os dados parecem indicar que ambas as variedades possuem uma reserva de prolina, a
qual tem sido indicada como sendo um soluto compatível que permite manter actividade
celular a stresses hídricos elevados (Hare et al., 1999; Heuer, 2003; Nayyar, 2003; Larher et
al., 2003) e também com função na remoção de radicais hidroxilo (Bohnert e Shen, 1999), os
quais afectam a actividade das enzimas do ciclo de Calvin (Shen et al., 1997a). Além disso,
mantém a relação NADP+/NADPH em valores compatíveis com o metabolismo e é essencial
no desenvolvimento da planta em condições sem stresse (Hare et al., 1999; Raymond e
Smirnoff, 2002). Estes ensaios parecem indicar que a reserva de prolina é utilizada como
fonte de carbono, azoto e energia rapidamente mobilizável durante o período de recuperação
(Hare et al., 1999), mais facilmente utilizada pela variedade PB269 do que pela variedade
PB369, provavelmente compensando as baixas taxas de recuperação das actividades da
RuBisCO e da PEPC, durante esse período. Tal facto, pode observar-se nas experiências de
stresse rápido em que PB269 rapidamente inicia a mobilização das reservas de prolina, ao
contrário de PB369, cujas reservas não são tão facilmente mobilizáveis.
5.3.7. Conclusões da Fase II
As variedades escolhidas na primeira fase e analisadas mais detalhadamente na
segunda fase apresentam, claramente, diferenças na resposta ao stresse hídrico.
A variedade PB269 apresenta valores mais reduzidos de rigidez da parede celular e de
THR no ponto de perda de turgescência, os quais permitem a manutenção do Ψw compatível
com o metabolismo fotossintético do carbono. A sua diminuição é efectuada de uma forma
progressiva, com um fecho dos estomas controlado, mantendo, desta forma, uma WUE mais
elevada para THR mais baixos.
Por outro lado, a variedade PB369 apresentou sempre limitações estomáticas mais
elevadas e uma menor resposta estomática ao CO2, durante a recuperação. Esta variedade
poderá também sofrer uma maior inibição do funcionamento do PSII com a imposição do
stresse hídrico, que poderá ser consequência da degradação da proteína D1.
Durante o período de stresse, PB269 apresentou alguma degradação da clorofila a, não
recuperando o conteúdo desse pigmento após irrigação, o que poderá ter contribuído para a
dificuldade em regressar aos valores iniciais de taxa fotossintética. No entanto, apresenta um
mecanismo de manutenção dos valores de qN (em especial de qE) até níveis de stresse hídrico
moderados.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
142
5. Fase II – Estudo Comparativo Aprofundado das Duas Variedades Mais e Menos Susceptíveis ao Stresse Hídrico
Nas actividades da RuBisCO, observou-se uma diminuição progressiva, na variedade
PB269, durante o stresse lento, em contraste com a diminuição de “tudo-ou-nada” da
variedade PB369, já observada durante a primeira fase deste trabalho. Durante o stresse
rápido, as variedades mantiveram as suas actividades constantes até THR de 50%, mas a
variedade PB269 apresentou uma ligeira descida para valores de THR inferiores a este.
Nas actividades da PEPC, os valores diminuíram durante o stresse lento, mas ficaram
inalteradas durante o stresse rápido, um pouco à semelhança do que acontece com a
actividade da EM-NADP.
Relativamente à prolina, observou-se que ambas as variedades possuem uma reserva
deste aminoácido, que parece ser rapidamente mobilizável, talvez como fonte de energia, pela
variedade PB269, durante o stresse rápido e na recuperação do stresse lento.
Os dados recolhidos permitem afirmar que PB269 é uma variedade de milho que
tolera o stresse hídrico (stress endurer) mas que apresenta algumas dificuldades em recuperar
os parâmetros hídricos. Por outro lado, a variedade PB369 é mais susceptível ao stresse
hídrico, mas as plantas conseguem recuperar um pouco melhor os parâmetros hídricos,
embora o metabolismo fotossintético do carbono fique mais comprometido do que na
variedade PB269.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
143
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
144
6. Conclusões Gerais
6. Conclusões
Conclusões Gerais
As variedades de milho analisadas apresentaram diferenças entre si, na forma como
respondem ao stresse hídrico, comprovando que uma das dificuldades dos estudos de stresse
reside na variabilidade inter-varietal das respostas. A esta acrescem, naturalmente, as que são
recorrentemente referidas na bibliografia, nomeadamente o efeito da velocidade de imposição
do stresse, as condições ambientais em que ocorre e a idade e espécie das plantas. As técnicas
de determinação das trocas gasosas e de fluorescência modulada da clorofila a confirmaram a
sua utilidade na identificação de diferenças intra-específicas.
O stresse hídrico afecta fortemente os processos fotossintéticos, o crescimento e a
sobrevivência das espécies vegetais. O conjunto de todos os processos, desde a captação da
luz até à fixação do carbono, formam uma rede complexa de interacções, as quais serão
afectadas pelo stresse hídrico em diferentes graus, contribuindo de formas diferentes para a
redução global da fotossíntese. Nas variedades analisadas, observaram-se variações dos
parâmetros hídricos, das trocas gasosas e dos parâmetros fotoquímicos, corroborando os
resultados de outros ensaios efectuados noutras plantas sujeitas à seca.
Das diferenças entre os dois sistemas de indução de stresse, destacam-se a rapidez com
que os parâmetros se alteram no stresse rápido, enquanto no stresse lento variam mais
suavemente. No entanto, as diferenças entre variedades em stresse rápido eram menos
significativas do que em stresse lento, pelo que foi este último que permitiu a distinção de
duas variedades com respostas qualitativamente diferentes ao stresse hídrico.
A análise mais pormenorizada das variedades seleccionadas, PB269 como a mais
tolerante e PB369 como a mais susceptível ao stresse hídrico, permitiu recolher dados sobre
os diferentes mecanismos subjacentes.
A elasticidade mais elevada da parede celular da variedade PB269 permite-lhe manter
a turgescência até THR mais reduzidos, permitindo a manutenção do Ψw compatível com o
metabolismo fotossintético do carbono, durante mais tempo, sendo uma estratégia importante
na tolerância ao stresse hídrico.
Por outro lado, a variedade PB369 apresenta limitações estomáticas mais elevadas na
ausência de stresse mas, à medida que o stresse lento se vai intensificando, as limitações nãoestomáticas começam a desempenhar um papel importante nas duas variedades. Nas
actividades da RuBisCO, observaram-se diferenças entre as duas variedades: uma diminuição
progressiva, na variedade PB269, durante o stresse lento, semelhante ao observado nas
plantas do grupo de resposta ao stresse do tipo I, em contraste com a diminuição de “tudo-ouIndução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
145
6. Conclusões Gerais
nada” da variedade PB369, que passa de um patamar de valores para outro, semelhante ao
observado nas plantas do grupo de resposta ao stresse do tipo II (Lawlor e Cornic, 2002). No
entanto, no stresse rápido, as variedades mantiveram as suas actividades constantes até THR
de 50%. Nas actividades da PEPC, os valores diminuíram durante o stresse lento, mas ficaram
inalterados durante o stresse rápido, tal como acontece com a actividade da EM-NADP. Desta
forma, durante a indução lenta do stresse hídrico, a diminuição da fotossíntese, em stresse
moderado, deve-se, essencialmente, a limitações estomáticas, enquanto que, a partir de stresse
intenso, tomam lugar as limitações não-estomáticas.
Também durante a imposição do stresse hídrico ocorreram variações nos parâmetros
da fluorescência da clorofila a, de forma mais suave durante o stresse lento e mais marcadas
durante o stresse rápido. Estes dados, conjuntamente com os dados das actividades
enzimáticas, indicam alterações na estrutura fotoquímica e enzimática, durante o stresse lento,
e uma maior incidência na fase fotoquímica, durante o stresse rápido. Tal facto poderá estar
relacionado com mecanismos de protecção induzidos ao longo da imposição do stresse lento,
ao contrário do que acontece no stresse rápido, em que não existe uma janela temporal
suficiente para desencadear esses mecanismos. Destaca-se PB269, com uma manutenção de
qE até THR de cerca de 50%, que poderá traduzir-se num mecanismo de tolerância a níveis de
stresse hídrico moderados, sem activação de processos de amortecimento não-fotoquímicos.
Também se observou, em PB269, alguma degradação da clorofila a, não recuperando
após irrigação, e a existência de uma reserva de prolina rapidamente mobilizável, talvez como
fonte de energia, durante o stresse rápido e na recuperação do stresse lento.
O conjunto de todos estes dados permitem afirmar que PB269 é uma variedade de
milho que tolera o stresse hídrico (stress endurer) mas que apresenta algumas dificuldades em
recuperar. Por outro lado, a variedade PB369 é mais susceptível ao stresse hídrico, mas as
plantas conseguem recuperar um pouco melhor os parâmetros hídricos, embora o
metabolismo fotossintético do carbono fique comprometido.
O rápido desenvolvimento e melhoramento de plantas agrícolas, como o milho, é um
dos objectivos a atingir, recorrendo a técnicas de Fisiologia Vegetal, de modo a compreender
as respostas da planta ao stresse e, ulteriormente, isolarmos os factores responsáveis. Os
conhecimentos adquiridos neste trabalho fornecem dados consistentes com os observados
noutros trabalhos, reforçando ideias que se têm vindo a estabelecer sobre o efeito do stresse
hídrico no processo fotossintético, fornecendo pistas para compreender as respostas das
plantas e as formas de enfrentarem este problema.
Indução e Recuperação do Stresse Hídrico em Variedades Portuguesas de Milho
146
7. Referências Bibliográficas
7. Referências Bibliográficas
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