CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / No presente estudo foram caracterizados diferentes mecanismos de proteÃÃo oxidativa do cajueiro, espÃcie adaptada ao semi-Ãrido, frente aos efeitos isolados e combinados dos estresses salino, hÃdrico e temperatura elevada. Para tanto, foram realizados estudos para avaliar as alteraÃÃes oxidativas induzidas pelos estresses salino, hÃdrico, temperatura elevada e pelas combinaÃÃes dos estresses salino e hÃdrico com temperaturas elevadas na espÃcie. Os resultados demonstram que o cajueiro apresenta alta capacidade de proteÃÃo oxidativa frente os estresses salino e hÃdrico. Essa proteÃÃo està associada à restriÃÃo estomÃtica, manutenÃÃo do status hÃdrico e eficiente interaÃÃo dos sistemas antioxidantes enzimÃtico e nÃo enzimÃticos, impedindo o acÃmulo de H2O2 e a peroxidaÃÃo de lipÃdios. Durante o estresse salino, as enzimas SOD, CAT e os antioxidantes ASA e GSH foram os principais responsÃveis pela proteÃÃo oxidativa, enquanto sob condiÃÃes de seca ocorreu predominÃncia das enzimas SOD e APX, associadas aos sistemas ASA e GSH. Temperaturas acima de 35 ÂC induzem estresse oxidativo na espÃcie, atribuÃdo ao acÃmulo de H2O2 e a peroxidaÃÃo de lipÃdios, provavelmente associada à induÃÃo de fotorrespiraÃÃo. O estresse tÃrmico apresentou intensa modulaÃÃo dos sistemas de proteÃÃo oxidativa enzimÃtico (SOD-CAT-APX) e nÃo enzimÃtico (ASA e GSH), indicando o papel desses antioxidantes na proteÃÃo oxidativa durante temperaturas elevadas. As plÃntulas submetidas à combinaÃÃo de salinidade e temperatura elevada apresentaram maior restriÃÃo estomÃtica, comparadas Ãquelas expostas a combinaÃÃo de seca e temperatura alta. Esse resultado indica que o estresse salino pode levar a maior limitaÃÃo da dissipaÃÃo de calor, via fluxo transpiratÃrio, que o estresse hÃdrico, durante exposiÃÃo de plantas a temperaturas elevadas. A salinidade limitou a atividade da APX nas plÃntulas submetidas ao estresse tÃrmico, sugerindo que o estresse salino pode afetar o papel da APX na proteÃÃo oxidativa durante temperaturas elevadas. Durante a exposiÃÃo das plÃntulas a temperaturas elevadas o estresse hÃdrico limitou mais a atividade dos sistemas antioxidantes SOD-CAT-APX e ASA e GSH, comparado ao estresse salino. Essa restriÃÃo ocorreu associada ao maior nÃvel de injÃrias oxidativas nas plÃntulas expostas a combinaÃÃo de seca e calor. Os resultados demonstram que temperaturas elevadas à o principal estresse abiÃtico que causa dano oxidativo na espÃcie e que a combinaÃÃo dos estresses hÃdrico e temperatura elevada està mais associada a dano oxidativo do que a combinaÃÃo de salinidade e temperatura alta. No geral, os resultados mostram que as alteraÃÃes oxidativas atribuÃdas à combinaÃÃo de seca e calor ou salinidade e calor, sÃo distintas daquelas associadas aos estresses isolados. Indicam ainda, que as mudanÃas induzidas pela combinaÃÃo de seca e calor ou salinidade e calor nÃo podem ser estimadas com base nos efeitos isolados dos respectivos estresses. / In the present study, different biochemical and physiological mechanisms associated with oxidative protection were characterized in a semi-arid adapted species (cashew) submitted to drought, salinity and heat applied individually or in combination. The results demonstrate that cashew show high antioxidant capacity against the isolated effects of drought and salinity. This antioxidant protection is associated with the maintenance of the water status and the efficient interaction of the enzymatic and nonenzymatic antioxidant systems, avoiding H2O2 accumulation and lipid peroxidation. The activity of SOD and CAT, as the ASA and GSH antioxidants play a central role in oxidative protection in salt-treated plants, while the activity of SOD and APX associated with ASA and GSH are essential in plants exposed to drought. Oxidative stress is induced in cashew plants submitted to temperatures above 35 ÂC, as indicated by H2O2 accumulation and lipid peroxidation, which may be due to enhanced photorespiration. The antioxidant enzymatic (SOD-CAT-APX) and nonenzymatic (ASA e GSH) systems are intensively modulated by heat stress. Salt-pretreated plants show higher stomatic restriction under heat stress than those previously exposed to drought. This results evidence that salt stress limits heat dissipation through transpiration more than drought when plants are exposed to high temperatures. APX activity is reduced in salt-pretreated plants under heat stress in comparison with drought-pretreated plants, suggesting that salinity could prominently affect the antioxidant role of this enzyme. Conversely, the antioxidant systems are dramatically restricted in drought-pretreated plants in relation to those initially exposed to salinity when these plants are subjected to high temperatures. This restriction may be associated with high oxidative injuries in plants exposed to drought followed by heat stress. According to the results of this work, high temperatures applied individually or in combination with drought enable oxidative stress more than salt stress associated with heat. In general, oxidative changes induced by drought and heat or salinity and heat are distinct from those triggered by these factors applied individually, as the metabolic alterations caused by combined stresses could not be estimated from the specific responses to drought, salinity or heat.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A presente tese propÃs testar a hipÃtese de que a reduÃÃo no comprimento de raÃzes de feijÃo-caupi, tratadas com NaCl, pode està relacionada com mudanÃas na atividade de enzimas antioxidantes intracelulares e apoplÃsticas. Isto seria relacionado ao aumento e/ou controle da concentraÃÃo de espÃcies reativas oxigÃnio por mecanismos enzimÃticos que controlam o crescimento. O trabalho foi subdividido em 5 capÃtulos independentes e interligados. O primeiro capÃtulo trata de uma revisÃo teÃrica do tema abordado na tese justificando-a e colocando em evidÃncia a relevÃncia cientÃfica do trabalho. Esta revisÃo trata de todos os aspectos abordados na tese, alÃm de temas conexos como a descriÃÃo das vias sinalizaÃÃo ativadas sobre estresse salino e algumas molÃculas sinalizadoras. No capÃtulo 2, avaliou-se o efeito do NaCl no comprimento da raiz, conteÃdo relativo de Ãgua (CRA), teor de massa seca, concentraÃÃo de Na+ e relaÃÃo K+/Na+ alÃm da atividade de dismutase de superÃxido (SOD), peroxidase de ascorbato (APX), peroxidase de fenÃis (POX) e catalase (CAT) nas cultivares PÃrola (sensÃvel) e PitiÃba (resistente) de feijÃo-caupi, contrastantes quanto à resistÃncia ao estresse salino e oxidativo no estÃdio de germinaÃÃo. Este trabalho possibilitou concluir que embora as cultivares apresentem grau de sensibilidade diferenciado ao NaCl e estresse oxidativo, no estÃdio de germinaÃÃo, essas caracterÃsticas nÃo sÃo mantidas no estÃdio fisiolÃgico de plantula. AlÃm disso, os parÃmetros avaliados nÃo foram capazes de determinar diferenÃas contrastantes entre as duas cultivares que pudessem classificÃ-las como resistente e/ou susceptÃvel ao sal. No intuito de compreender melhor os mecanismos antioxidantes das cultivares estudadas e avaliar se a concentraÃÃo de NaCl interfere na reposta das mesmas, no capÃtulo 3 determinou-se comprimento radicular, CRA e concentraÃÃo de Na+, alÃm das atividades de SOD, APX, CAT e POX em raÃzes de plÃntulas tratadas com 0; 25; 50; 75 e 100 mM de NaCl durante dois dias. Este capÃtulo possibilitou concluir que a resposta no crescimento e na atividade de enzimas antioxidantes à dependente da dose e da cultivar. Ademais, verificou-se que um sistema envolvendo a atividade de POX poderia estar associado tanto à manutenÃÃo dos nÃveis de H2O2 quanto à reduÃÃo no comprimento radicular. Para determinar se os mecanismos antioxidantes sÃo dependentes do tempo de exposiÃÃo ao NaCl, no capÃtulo 4, raÃzes de feijÃo-caupi da cultivar PitiÃba foram tratadas com 0; 50 e 100 mM de NaCl durante 0; 24; 48; 72 e 96 horas. Neste capÃtulo, demonstrou-se que a reduÃÃo no comprimento radicular, depende da dose e do tempo de exposiÃÃo ao NaCl e que os efeitos sÃo acompanhados por um acÃmulo de Na+ nos tecidos, embora isto nÃo leve a uma peroxidaÃÃo de lipÃdeos. Este capÃtulo tambÃm levantou dÃvidas com relaÃÃo ao envolvimento das enzimas SOD, APX, CAT e POX durante o crescimento. Para contribuir com a elucidaÃÃo desses mecanismos o capÃtulo 5 envolveu pelo menos 3 experimentos onde as plÃntulas de feijÃo-caupi foram expostas a perÃodos de estresse de curta e longa duraÃÃo. Nestes experimentos foram relacionados o metabolismo das espÃcies reativas de oxigÃnio de apoplasto com a atividade de oxidase de NADPH (NOX), SOD apoplÃstica e POX de parede celular. Uma explicaÃÃo plausÃvel para uma relaÃÃo entre o estresse oxidativo e o estresse salino à que a resposta antioxidante pode simular parcialmente uma resposta hipersensitiva. As enzimas NOX, SOD apoplÃstica e POX de parede apresentaram um aumento de atividade precedido de uma explosÃo oxidativa. Adicionalmente o H2O2 pode funcionar como sinalizador celular de estresse e ser coadjuvante na lignificaÃÃo da parede. / In the present thesis, the hypothesis that the salt-induced impairment of root growth is due to changes in the symplastic and apoplastic antioxidant enzyme activity was investigated. Root growth impairment may be related to the enhancement and/or the control of the reactive oxygen species by enzymatic systems involved in growth regulation. This work was divided into five interconnected chapters. The first is a theoretical review of the approached subject and includes the scientific relevance of this study. This review details the oxidative mechanisms involved in root growth regulation under salinity, besides the signaling pathways activated under salt stress and related signaling molecules. In the chapter 2, the PÃrola (sensitive) and PitiÃba (resistant) cultivars showing contrasting responses to salt stress at germination were evaluated during the seedling stage. Four-day-old seedlings were exposed to 100 mM NaCl for two days and it was determined the root length, dry weight, relative water content (RWC), Na+ content, K+/Na+ ratio and the activity of superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), phenol peroxidase (POX) and catalase (CAT). The obtained results were insufficient to categorize the tested cultivars as sensitive or resistant to salt stress at the seedling stage. The effect of the external NaCl concentration on the antioxidant responses in the studied cultivars was investigated in the chapter 3. It was assessed the root lenght, RWC, Na+ content and the activity of SOD, APX, CAT, and POX in seedlings treated with 0; 25; 50; 75 and 100 mM NaCl during two days. The root growth impairment was more pronounced in the PitiÃba cultivar under 100 mM NaCl. Additionally, it was verified that a metabolic network involving the POX activity could be associated with the maintenance of H2O2 levels and the root growth restriction. In the chapter 4, a time-course of the antioxidant responses were assessed in the PitiÃba cultivar. Then, the seedlings were exposed to 0, 50 and 100 mM NaCl during 0; 24; 48; 72; and 96 h and the same variables determined in the previous experiment were evaluated again. It was demonstrated that the root length reduction depends on the NaCl concentration and the time of exposure. Although the root Na+ content could suggest Na+ toxicity, no lipid peroxidation was detected. The involvement of SOD, APX, CAT, and POX activity in root growth regulation was minutely investigated in the chapter 5. Thus, the seedlings were exposed to salt stress in short- and long-term experiments. The reactive oxygen species metabolism in the apoplastic fraction was associated with the activity of NADPH oxidase (NOX), apoplastic SOD and cell wall POX. It is possible that oxidative stress and salt stress are interconnected as the antioxidant response could mimic the hypersensitive reaction. NOX, apoplastic SOD and cell wall POX showed enhanced activity preceding an oxidative burst. Additionally, H2O2 could act as an extracellular signal triggered by stress and play a role in cell wall strengthening.