FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A cana-de-aÃÃcar à uma planta de grande potencial econÃmico, sendo utilizada principalmente para produÃÃo de aÃÃcar e biocombustÃveis. O Brasil tem destaque internacional na produÃÃo de cana-de-aÃÃcar, sendo o maior produtor mundial dessa cultura. Apesar dessa lideranÃa, o Brasil està localizado em uma regiÃo tropical e apresenta vÃrias adversidades climÃticas. O estudo da fisiologia da cana-de-aÃÃcar em situaÃÃes de estresse, como deficiÃncia hÃdrica, torna-se fundamental para manutenÃÃo e melhoria da produÃÃo dessa cultura. A cana-de-aÃÃcar à uma espÃcie de fotossÃntese C4, com um mecanismo de concentraÃÃo de CO2. Dessa maneira, espera-se que a crescente elevaÃÃo de CO2 na atmosfera nÃo afete a produtividade da cana-de-aÃÃcar de maneira relevante, mas os estudos acerca do assunto sÃo ainda bem escassos. Diante desse quadro, objetivou-se avaliar a regulaÃÃo da fotossÃntese por deficiÃncia hÃdrica, suprimento de nitrogÃnio e CO2 elevado em plantas de cana-de-aÃÃcar. O CapÃtulo 1 comtempla o estado da arte a respeito do tema em estudo. No capÃtulo 2, foi realizado um trabalho com o objetivo de avaliar as respostas de duas cultivares de cana-de-aÃÃcar consideradas contrastantes em relaÃÃo Ãs respostas à deficiÃncia hÃdrica, IAC SP 94-2094 e IAC SP 95-5000. Estas cultivares foram expostas a dÃficit hÃdrico severo, com suspensÃo da irrigaÃÃo por cinco dias, e recuperaÃÃo, reirrigadas por dois dias apÃs o estresse. O tratamento aplicado foi capaz de afetar fortemente as trocas gasosas, com fechamento estomÃtico nas duas cultivares, levando a fortes reduÃÃes de transpiraÃÃo e assimilaÃÃo de CO2. Os parÃmetros da fluorescÃncia da clorofila a foram afetados, mas nÃo o suficiente para apresentar fotoinibiÃÃo. A cultivar tolerante apresentou maior atividade de PEPcase no estresse, mas a atividade de Rubisco nÃo foi alterada. Na cultivar sensÃvel, nÃo houve alteraÃÃo na atividade de PEPcase enquanto que a atividade de Rubisco foi reduzida em 40% no estresse mas com total recuperaÃÃo. A expressÃo de PEPcase foi aumentada no estresse mas com maior incremento na cultivar tolerante, com padrÃo semelhante na quantidade de rubisco. No capÃtulo 3, foi realizado um trabalho com o objetivo de avaliar o sistema de defesa anti-oxidativo em plantas de cana-de-aÃÃcar expostas ao estresse hÃdrico moderado. Neste capÃtulo, apenas a cultivar IAC SP 94-2094 foi utilizada e a deficiÃncia hÃdrica foi aplicada atravÃs de ciclos de irrigaÃÃo, com plantas irrigadas a cada cinco dias por um perÃodo de 15 dias e recuperaÃÃo de trÃs dias. O estresse hÃdrico aplicado causou reduÃÃes marcantes na condutÃncia estomÃtica, na transpiraÃÃo foliar e na fotossÃntese lÃquida, com recuperaÃÃo parcial, refletindo em uma menor eficiÃncia do uso da Ãgua e eficiÃncia de carboxilaÃÃo. Os parÃmetros fotoquÃmicos apresentaram modificaÃÃes transitÃrias, completamente revertidas pela recuperaÃÃo. As atividades da Rubisco e PEPcase nÃo mostraram modificaÃÃes, mas houve aumento na quantidade relativa de PEPcase e estado de ativaÃÃo da Rubisco. O estresse hÃdrico aplicado aumentou a peroxidaÃÃo lipÃdica e o conteÃdo de H2O2, induzindo aumentos de atividades de SOD e APX, principalmente APX tilacoidal e Fe-SOD. O perfil de aÃÃcares foi alterado nas plantas estressadas, com aumento de hexoses e diminuiÃÃo do teor de amido nas folhas. O objetivo do capÃtulo 4 foi avaliar as modificaÃÃes fisiolÃgicas e bioquÃmicas em relaÃÃo aos processos fotossintÃticos em cana-de-aÃÃcar submetida a um ambiente de elevado CO2 e baixo suprimento de nitrogÃnio (-N). A fotossÃntese lÃquida foi reduzida nas plantas com CO2 elevado e -N. Os parÃmetros fotoquÃmicos foram reduzidos apenas no tratamento -N, mas sem sinal de fotoinibiÃÃo. As enzimas da carboxilaÃÃo, PEPcase e Rubisco, sofreram regulaÃÃes diferenciadas, tanto pelo alto CO2 como pelo baixo suprimento de nitrogÃnio. A determinaÃÃo de nitrato mostrou acÃmulo nas raÃzes, indicando deficiÃncia no transporte para parte aÃrea. O tratamento âN diminuiu o conteÃdo de aminoÃcidos, proteÃnas solÃveis e nitrogÃnio total. O teor de sacarose foi reduzido em todos os tratamentos. Por fim, verificamos que a cultivar IAC SP 94-2094 possui maior fotoproteÃÃo indicada pelo maior NPQ e possui ainda maior atividade e expressÃo de PEPcase, permitindo melhor performance em perÃodos de dÃficit hÃdrico severo. Quando estudada com dÃficit hÃdrico moderado, as plantas desta cultivar apresentaram uma organizada defesa anti-oxidativa para proteÃÃo contra as espÃcies reativas de oxigÃnio. Quando sob elevada concentraÃÃo de CO2, as plantas de cana-de-aÃÃcar exibem modificaÃÃes estomÃticas e bioquÃmicas, reduzindo a atividade fotossintÃtica pela reduÃÃo da assimilaÃÃo de nitrato e atividade de redutase do nitrato, mostrando uma forte relaÃÃo entre a assimilaÃÃo de carbono e nitrogÃnio. / Sugarcane is plant of great economic potential, mainly utilized to sugar and biofuel
production. Brazil has an international importance, leading the world production of this
culture. In despite of this high production, Brazil is located in a tropical region and presents
several climatic adversities. The study of sugarcane physiology in stress situations, like water
deficit, becomes essential to maintenance and improvement of the production. Sugarcane is a
C4 species, with a CO2 concentration mechanism. It is expected that the growing elevation of
CO2 in the atmosphere does not the sugarcane productivity in a relevant way but the studies
about this subject are very scarce. Thus, it was aimed to evaluate the photosynthesis
regulation by water deficit, nitrogen supply and high CO2 in sugarcane plants. Chapter 1
contains the state of the art concerning the study theme. In the chapter 2, it was performed an
work in order to evaluate the responses to water deficit of two sugarcane cultivars considered
contrasting about water deficit, IAC SP 94-2094 and IAC SP 95-5000. These cultivars were
exposed to severe water deficit, with withholding water for five days, and recovery, irrigated
after for two days after stress. The applied treatment strongly affected the gas exchanges, with
stomatal closure in both cultivars, leading to great reductions in transpiration and CO2
assimilation. The chlorophyll a fluorescence parameters were affected, but without
photoinhibition. Tolerant cultivar showed higher PEPcase activity in stress, but Rubisco
activity was not altered. In the sensitive cultivar there was not alteration in the PEPcase
activity whereas Rubisco activity was reduced 40% in stress but totally recovered. PEPcase
expression was increased in stress but with a higher increment in sensitive cultivar, with a
similar pattern in the Rubisco amount. In the chapter 3, it was performed an work in order to
evaluate the antioxidative system in sugarcane plants exposed to mild water stress. In this
chapter, IAC SP 94-2094 was utilized and the water deficit was applied with irrigation cycles,
with plants irrigated each five days for fifteen days and recovery for three days. Water stress
applied caused remarkable decreases in the stomatal conductance, leaf transpiration and net
photosynthesis, with partial recovery, causing lower water use and carboxylation efficiencies.
Photochemical parameters showed transient changes completely reversible by recovery.
PEPcase and Rubisco activities did not show modifications but it was increase in the relative
amount of PEPcase and Rubisco activation state. Water stress increased the lipid peroxidation
and H2O2 content, inducing increases in SOD and APX activities, mainly thylakoidal APX
and Fe-SOD. Sugars profile was altered in stressed plants, with increase in hexoses and
decrease in starch content in leaves. The aim of the chapter 4 was evaluate the physiological
and biochemical changes in concern to photosynthetic processes in sugarcane exposed to high
CO2 and low supply of nitrogen (-N). Net photosynthesis was reduced in plants subjected to
high CO2 and -N. Photochemical parameters were decreased only in -N treatment, but with no
photoinhibition. Carboxylation enzymes, PEPcase and Rubisco, did suffer differential
regulations either by high CO2 or by low nitrogen. Nitrate determination showed
accumulation in roots, indicating deficiency in transport to shoot. -N treatment decreased the
amino acids content, soluble proteins and total nitrogen. Sucrose content was reduced in all
treatments. At last, it was verified that IAC SP 94-2094 cultivar has more photoprotection
indicated by higher NPQ and more PEPcase activity and expression, conferring a better
performance in severe water deficit periods. When studied under mild water stress, the plants
showed an organized anti-oxidative defense for protection against reactive oxygen species.
When under high CO2, sugarcane plants exhibit stomatal and biochemical changes, reducing
the photosynthetic activity by reduction in nitrate assimilation and nitrate reductase activity,
showing a strong relation between carbon and nitrogen assimilation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:5957 |
| Date | 03 October 2012 |
| Creators | MÃrcio de Oliveira Martins |
| Contributors | Joaquim AlbenÃsio Gomes da Silveira, EnÃas Gomes Filho, SÃrgio Luiz Ferreira da Silva, Eduardo Caruso Machado, Rejane Jurema Mansur CustÃdio Nogueira |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em BioquÃmica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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