O metabolismo ácido das crassuláceas (CAM) representa uma importante via de assimilação de carbono fotossintético, caracterizado pela fixação do CO2 atmosférico durante o período da noite, por meio da enzima fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC) e pelo acúmulo noturno de ácidos orgânicos. Nesse tipo de fotossíntese, os estômatos permanecem fechados durante a maior parte do dia e, consequentemente, propicia uma maior eficiência no uso da água quando comparado com plantas C3. Essa adaptação ecofisiológica permite às espécies CAM suportar alterações frequentes na disponibilidade de água no meio ambiente. Guzmania monostachia é uma bromélia epífita com tanque que apresenta a capacidade de alterar seu metabolismo fotossintético, passando de C3 a CAM, em resposta a condições ambientais estressantes, constituindo-se, portanto, num interessante modelo de estudo sobre plasticidade fisiológica. Algumas pesquisas anteriores do nosso laboratório mostraram que diferentes regiões foliares de G. monostachia podem desempenhar funções distintas em resposta à escassez hídrica. Foi visto que a expressão do CAM ocorreu com intensidades diferentes ao longo do comprimento foliar, sendo mais pronunciada na região apical. Um possível direcionamento da água da região basal para apical foi hipotetizado ocorrer, de forma que mesmo em situações de curta restrição hídrica (7 dias), a quantidade de água nos tecidos da porção apical permaneceu praticamente constante. Levando em consideração esses resultados prévios, a presente pesquisa teve como objetivo principal caracterizar o padrão de expressão do CAM nas folhas de diferentes estágios ontogenéticos (folhas jovens, intermediárias e maduras), bem como em suas porções, relacionando com as possíveis variações no estado hídrico durante a imposição da restrição no fornecimento de água por um período de até oito dias. E investigar se as variações do potencial hídrico foliar seriam decorrentes de alterações no acúmulo de ácidos orgânicos e/ou açúcares solúveis nas diferentes porções foliares e nas folhas em diferentes estágios do desenvolvimento. Para tanto, plantas de G. monostachia tiveram a rega suspensa durante oito dias e, posteriormente, elas foram reidratadas por dois dias consecutivos. As coletas foram realizadas nas seguintes condições experimentais: 1) sem suspensão de rega, ou seja, as plantas foram mantidas bem hidratadas (controle), 2) com suspenção de rega por 1, 4 e 8 dias e 3) com retorno à rega após o período de seca (2 dias de reidratação). Amostras de folhas em diferentes fases de desenvolvimento (jovens, intermediárias e adultas) foram divididas em três porções ápice, mediana e base para determinação do potencial hídrico, conteúdo relativo de água e abertura do poro estomático, além dos ensaios da atividade enzimática da PEPC, quantificação de açúcares solúveis e do acúmulo noturno de ácido málico. Os resultados demonstraram que as regiões apical e mediana de todas as folhas pertencentes aos diferentes estágios de desenvolvimento da roseta expressaram o CAM, quando submetidas a uma situação de restrição hídrica por no mínimo quatro dias. A porção apical foi a que apresentou os parâmetros indicativos desse metabolismo de forma mais intensa. Além disso, com a imposição à seca, a transição entre o metabolismo C3 para o CAM clássico parece ocorrer até o quarto dia de suspenção de rega, com abertura dos estômatos predominantemente no período da noite e, ao estender o período de escassez hídrica para oito dias, foi possível observar a transição para o CAM do tipo idling, isto é, com fechamento estomático diuturnamente. Observou-se também, uma redução gradual do potencial hídrico ao longo do período de exposição à seca, principalmente no ápice de folhas de diferentes estágios ontogenéticos. Além disso, o ápice das folhas de todos os grupos ontogenéticos e, em especial, as folhas jovens (incluindo as porções mediana e basal) foram os que não apresentaram redução do conteúdo hídrico durante o tratamento de seca por oito dias. Entretanto, a partição de açúcares solúveis foi alterada, de forma que a porção da basal, a qual inicialmente mantinha as maiores quantidades de carboidratos, apresentou reduções significativas no conteúdo de frutose e glicose com o prolongamento da seca para 8 dias. Já a porção apical, teve um comportamento inverso. Esses resultados sugerem que o tratamento de déficit hídrico pode desencadear um ajuste osmótico tanto nos diferentes grupos foliares da roseta quanto no limbo foliar, direcionando, preferencialmente, o transporte da água às folhas jovens e ao ápice das folhas de diferentes idades. Com a retomada da rega, após um período de déficit hídrico de oito dias, notou-se que apenas dois dias de rega normalizada foram suficientes para que o conteúdo hídrico fosse totalmente recuperado. No entanto, a partição de açúcares solúveis entre as folhas da roseta, não apresentou um padrão semelhante ao controle (plantas bem hidratadas). O metabolismo fotossintético também não foi revertido de CAM para C3, sugerindo ser necessário um período maior de reabastecimento de água no tanque / Crassulacean acid metabolism (CAM) is a photosynthetic CO2 fixation pathway that evolved in some plants. It is characterized by the fixation of atmospheric CO2 during the night, by the enzyme phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) and nocturnal organic acid accumulation. In a plant using CAM, the water use efficiency is maximized because the stomata remain closed during daytime and open at night when the relative humidity of the air is higher. Guzmania monostachia, an epiphytic bromeliad, is an interesting plant model because it presents the ability to change its photosynthetic metabolism, from C3 to CAM, in response to stressful environmental conditions. Previously studies demonstrated that different leaf regions of G. monostachia performed distinct functions in response to water stress. In addition, CAM expression was more pronounced in the apical region. Even in situations of water restriction for 7 days, the amount of water in the tissues of the apical portion remained almost constant. Then, the present study hypothesized that the water may be transported from the base to the apex. The present study aimed at characterize the CAM expression pattern in leaf blade and among different foliar groups (younger, intermediate and older leaves), relating them to variations in water status during suspension irrigation for a period of up to eight days. In addition, the present study investigated if the possible variations of the water leaf potential would be due to changes in the accumulation of organic acids and/or soluble sugars in different leaf portions at different foliar ontogenetic groups. Three experimental conditions were carried out: 1) well-watered condition (control), 2) under suspension irrigation (for 1, 4 and 8 days) and 3) rewatered treatment, after drought period (watered daily for two days). Leaf samples of different foliar groups (younger, intermediate and older) were divided into three portions (apex, middle and base) for determination of water potential, relative water content, stomatal aperture, PEPC activity, quantification of soluble sugars and nocturnal malate accumulation. Results indicated that apical and middle portions of all the leaves belonging to different foliar groups of the rosette expressed CAM when watering was suspended for at least four days. The apical portion displayed the most intense parameters indicative of CAM expression. In addition, with drought imposition, the transition from C3 metabolism to classic CAM appears to occur up to the fourth day of irrigation suspension, with stomatal aperture during nighttime. When extending the period of water shortage for eight days, the establishment of a typical CAM-idling pathway, with stomatal closure during day and night, was verified It was also observed a gradual reduction of water potential, during the period of exposure to drought, mainly at the apical of leaves of different foliar groups. At the apex of all foliar ontogenetic groups, and especially the younger leaves (including the middle and basal portions) were those that did not present reduction of water content during the drought treatment for eight days. However, the partition of soluble sugars was altered, so that the basal portion, which initially maintained the highest carbohydrate levels, showed significant reductions in the fructose and glucose content with prolongation of the drought for 8 days. The apical portion had the opposite behavior. These results suggest that drought treatment can trigger an osmotic adjustment both in the different leaf ontogenetic groups of the rosette and of the leaf blade. In this way, the water transport preferably favors the younger leaves and the apical of the different leaf developmental stages. After a period of water deficit, the plants were rehydrated (for two days) and the water content was fully recovered. However, the partition of soluble sugars along the rosette leaves did not present a pattern similar to that observed before of the beginning of the hydration interruption. The photosynthetic metabolism was also not reversed from the CAM to C3, suggesting that a longer tank replenishment period is necessary
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-02042018-145112 |
| Date | 05 December 2017 |
| Creators | Mancilha, Dioceni |
| Contributors | Mercier, Helenice |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Reter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais. |
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