Estresse hídrico e salino

REVISÃO AULAS ANTERIORES
Transporte de água através da planta
A água de movimenta a favor de um gradiente de
potencial hídrico entre atmosfera, planta e solo, ou seja, a
água se movimenta do maior potencial hídrico para o
menor potencial hídrico
Assim, a movimentação da água ocorre devido as
diferenças de potencial entre solo, planta e atmosfera
Transporte de água através da planta
A água de movimenta a favor de um gradiente de
potencial hídrico entre atmosfera, planta e solo, ou seja, a
água se movimenta do maior potencial hídrico para o
menor potencial hídrico
Assim, a movimentação da água ocorre devido as
diferenças de potencial entre solo, planta e atmosfera
Para a água de movimentar:
 solo >  planta >  atmosfera
-
+
Faixas de potencial hídrico em diferentes locais
 atmosfera = -10 a -100 Mpa
 copa = -1,0 a -1,5 Mpa
 xilema = - 0,5 a -1,0 Mpa
 raiz = -0,3 a – 0,5 Mpa
 solo = -0, 01 a – 0,3 Mpa
 atmosfera depende da temperatura e UR
27oC e UR 80% -  atmosfera = -30 Mpa
27oC e UR 50% -  atmosfera = - 96 Mpa
Potencial Hídrico (Mpa)
RELAÇÃO ENTRE A UMIDADE RELATIVA E POTENCIAL
0
-100
-200
-300
-400
-500
-600
-700
0
20
40
60
80
Umidade Relativa (%)
100
CONFLITO VITAL PARA AS PLANTAS
Necessidade de conservar a água e a necessidade de
absorver CO2
TRANSPIRAÇÃO X FOTOSSÍNTESE
Para resolver este conflito a planta se estruturou
CONFLITO VITAL: como as plantas resolveram?
CONFLITO VITAL: como as plantas resolveram?
1. Sistema radicular extenso para extrair água do solo
CONFLITO VITAL: como as plantas resolveram?
1. Sistema radicular extenso para extrair água do solo
2. Rota de baixa resistência por meio de elementos
de vaso e traqueídeos (no xilema) para trazer água
até as folhas
CONFLITO VITAL: como as plantas resolveram?
1. Sistema radicular extenso para extrair água do solo
2. Rota de baixa resistência por meio de elementos
de vaso e traqueídeos (no xilema) para trazer água
até as folhas
3. Cutícula hidrofóbica cobrindo a superfície da planta
para evitar a evaporação
CONFLITO VITAL: como as plantas resolveram?
1. Sistema radicular extenso para extrair água do solo
2. Rota de baixa resistência por meio de elementos
de vaso e traqueídeos (no xilema) para trazer água
até as folhas
3. Cutícula hidrofóbica cobrindo a superfície da planta
para evitar a evaporação
4. Estômatos microscópios na superfície foliar para
permitir trocas gasosas
CONFLITO VITAL: como as plantas resolveram?
1. Sistema radicular extenso para extrair água do solo
2. Rota de baixa resistência por meio de elementos
de vaso e traqueídeos (no xilema) para trazer água
até as folhas
3. Cutícula hidrofóbica cobrindo a superfície da planta
para evitar a evaporação
4. Estômatos microscópios na superfície foliar para
permitir trocas gasosas
5. Células-guarda para regular o diâmetro (e
resistência à difusão) da abertura estomática.
ESTRESSE HÍDRICO
ESTRESSE
O que é estresse?
ESTRESSE
É um desvio significativo das condições ótimas
para a vida, e induz mudanças e respostas em
todos os níveis funcionais do organismo, os
quais são reversíveis a princípio, mas podem se
tornar permanente (Larcher, 2000)
É um fator externo que exerce uma influência
desvantajosa para a planta (Taiz & Zeiger, 2002)
FATORES DE ESTRESSE
(Larcher, 2000)
ESTRESSE
Na agricultura:
“Qualquer fator que limita a produtividade abaixo do potencial
genético”
Estresse (fator) = causa
Tensão = efeito
Potencial genético do milho: 36 t/ha ?
Logo: a maioria das plantas está sob algum fator de estresse.
Adaptação e Aclimatação
 Planta adaptada:
resistência geneticamente
determinada, adquirido
por processo de seleção
durante muitas gerações
 Planta aclimatada:
tolerância aumentada
como consequência de
exposição anterior ao
estresse
Tolerância: é a aptidão da planta para enfrentar um
ambiente desfavorável
A tolerância a qualquer tipo de estresse varia com a espécie
Ex.: ervilha (melhor desenvolvimento a 20oC) e Soja (30ºC)
ESTRESSE HÍDRICO
Falta ou excesso de água
ESTRESSE HÍDRICO
Déficit hídrico: conteúdo de água de um
tecido ou célula que está abaixo do
conteúdo de água mais alto exibido no
estado de maior hidratação
Planta sob seca: situação na qual as
precipitações exibem valores inferiores aos da
evaporação e a transpiração das plantas
Produtividades dos cultivos de milho e soja no Estados Unidos
Falta de chuva na fase de
enchimento de grão
Falta de água
prejudica a
produtividade e a
qualidade
Bico de papagaio
Déficit hídrico e fotossíntese
O déficit hídrico limita a fotossíntese no
cloroplasto
Déficit hídrico e translocação
de fotoassimilados
O déficit hídrico diminui indiretamente a
quantidade de fotoassimilados translocados,
pois reduz a fotossíntese e o consumo de
assimilados das folhas em expansão
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Diminuição da área foliar
Abscisão foliar
Acentuado crescimento das raízes
Fechamento estomático
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Diminuição da área foliar
 Falta de água causa contração celular, afrouxamento
de parede e redução no turgor. Isso causa redução na
expansão celular e foliar.
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Diminuição da área foliar
 Falta de água causa contração celular, afrouxamento
de parede e redução no turgor. Isso causa redução na
expansão celular e foliar.
 As folhas são menores!!
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Abscisão foliar
 Estresse hídrico estimula a produção do hormônio
etileno, responsável pela abscisão foliar
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Acentuado crescimento das raízes
 O déficit hídrico acentua o aprofundamento das raízes
no solo a procura de umidade
 Com a redução na expansão foliar, sobra mais
fotossintetizados para a parte radicular
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Fechamento estomático
 ABA: ácido abscísico (hormônio vegetal)
 O sinal vem geralmente das raízes
Ácido abscísico – causa fechamento estomático em
resposta ao estresse hídrico
Abertura estomática
ABA
ABA
Receptor
Receptor
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Sob estresse hídrico, mesmo em condições favoráveis de luz, o
ABA se liga ao seu receptor na célula-guarda e sinaliza para
abrir os canais de K+, que por sua vez são transportados à
célula anexa que fica com potencial osmótico menor do que a
célula-guarda. Com a saída da água por diferença de
potencial, o ostíolo se fecha
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Melhoramento genético
 Difícil, em estudo
 Rendimentos baixos das culturas
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
 AJUSTE OSMÓTICO
 Ajuste osmótico é aumento no conteúdo de solutos nas células,
diminuindo o Yw
 Os solutos acumulados são: prolina, álcoóis de açúcar (sorbitol e
manitol) e amina quaternária (betaína)
 Prolina
 Aminoácido acumulado em função do aumento no fluxo de
glutamato, sendo um dos principais osmólitos acumulado
durante o ajuste osmótico
Ajuste osmótico
- 1,3 Mpa
Ajuste osmótico
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Proteínas Lea (Late embryogenesis abundant)
 Identificadas em sementes em fase de maturação e
dessecação
 Prováveis funções: sequestro de íons, proteção de
membranas, atuando como chaperonas moleculares
e retenção de água
Estratégias de aclimatação ao
déficit hídrico
Síntese de açúcares protetores
 São agentes protetores durante a desidratação celular
 Principalmente trehalose
 Mantém estabilidade das membranas
Trehalose
ESTRESSE POR EXCESSO DE ÁGUA
(ALAGAMENTO)
SITUAÇÃO BRASILEIRA
 Solos com problemas de acidez (84%), principalmente Al
 Solos com problemas de salinidade (2%), principalmente Na
 Solos rasos (7%)
 Solos c/ ausência de O2 em alguma época do ano (16%)
 Solos sem limitações para uso agrícola (9%)
ESTRESSE HÍDRICO POR ALAGAMENTO
O que acontece em solos alagados ?
ESTRESSE HÍDRICO POR ALAGAMENTO
O que acontece em solos alagados ?
Falta de oxigênio
A raiz precisa respirar para crescer!
O O2 para a respiração das raízes vem dos
espaços porosos do solo
Anoxia (falta total de oxigênio)
Hipoxia (reduzida concentração de oxigênio)
IMPORTÂNCIAS DO OXIGÊNIO PARA AS
PLANTAS
Tem importância em vários processos metabólicos da planta,
como respiração, fotorrespiração e reações enzimáticas
O oxigênio é uma molécula altamente eletronegativa, por isso
tem grande capacidade de “puxar” elétrons
IMPORTÂNCIAS DO OXIGÊNIO PARA AS
PLANTAS
Na cadeia transportadora de elétrons o oxigênio é uma molécula
extremamente importante por ser o aceptor final de elétrons.
Desta forma a falta de oxigênio inibe a cadeia transportadora de
elétrons, diminuindo a produção de energia na forma de ATP.
Cadeia Transportadora de Elétrons
IMPORTÂNCIAS DO OXIGÊNIO PARA AS
PLANTAS
Desta forma a falta de energia afeta o crescimento de raízes e
parte aérea da planta
BAIXO TEOR DE O2 provoca anaerobiose, com baixa
produção de energia, e produção e etanol que degrada as
membranas
Taxa de crescimento das raízes primária de plântulas de milho e
estágio de energia celular em função da pressão parcial de O2 no
substrato (Saglio et al., 1984).
Baixa disponibilidade de O2 causa epinastia
ESTRESSE POR ALAGAMENTO
Como algumas plantas sobrevivem em
solos alagados?
ESTRESSE POR ALAGAMENTO
Como algumas plantas sobrevivem em
solos alagados?
Através de adaptações e estruturas
especializadas provocadas, em grande
parte, pelo hormônio etileno
Como algumas plantas sobrevivem em
solos alagados?
AERÊNQUIMA
Aerênquima é um tecido formado pela planta em resposta á
deficiência de oxigênio no solo. Resulta da morte celular
programada de um grupo de células corticais da raiz
localizada entre a endoderme e hipoderme.
Como algumas plantas sobrevivem em
solos alagados?
AERÊNQUIMA
Aerênquima é um tecido formado pela planta em resposta á
deficiência de oxigênio no solo. Resulta da morte celular
programada de um grupo de células corticais da raiz
localizada entre a endoderme e hipoderme.
A formação do aerênquima é induzida por um aumento na
concentração do etileno. Em raízes crescendo em condições
de hipoxia, há um aumento na atividade de celulases,
xiloglucanases e endotransglicosilases
Aerênquima em raízes de milho
Normal
Com aerênquima
junco
Typha
Espécie tolerante inundada
com formação de raízes
adventícias
–
alteração
morfológica
Detalhes da formação de raízes
adventícias
em
espécie
tolerante depois do secamento
da área inundada – alteração
morfológica
Detalhes da formação de
raízes adventícias e
lenticelas caulinares
hipertróficas em espécies
tolerantes ao alagamento
Plantas de Sebastiania
commersoniana (branquilho)
inundadas por dois meses. Em
A e B - lenticela caulinar
hipertrófica (L) e em B raiz
adventícia (Ra).
Lenticelas caulinares de planta controle (A) e de
planta alagada por 60 dias (B) de S.
commersoniana. Esclerênquima (Es) e espaços
intercelulares (Ei).
Lírio amarelo
Rizoma produz enzimas
detoxificadoras de produtos gerados
pala anaerobiose
ESTRESSE SALINO
Altas concentrações de sal na costa
marítima e em estuários
Na agricultura, o problema maior é
acumulação de sais provenientes da água
da irrigação, principalmente em áreas que
chove pouco (NE)
Distribuição da irrigação no Brasil
Área cultivada no Brasil: 66 milhões de hectares
3,63 milhões de hectares são irrigados,
correspondendo à 5,5% da área cultivada
Estes 5,5% de área representam 35% da produção
agrícola nacional
Distribuição da irrigação no Brasil
Área cultivada no Brasil: 66 milhões de hectares
3,63 milhões de hectares são irrigados,
correspondendo à 5,5% da área cultivada
Estes 5,5% de área representam 35% da produção
agrícola nacional
 Conclusão: sem irrigação o Brasil passaria fome!
ESTRESSE SALINO
Plantas glicófitas: pouca resistência à
salinidade.
Plantas halófitas: nativas de solos salinos
ESTRESSE SALINO
Salinidade reduz o crescimento e a
fotossíntese de espécies sensíveis
Alta concentração de Na inativa enzimas e
inibe síntese protéica
Propriedade da água do mar e da água de boa qualidade para irrigação
mM: milimolar: 1.0 x 10-3 molar (moles/Litro); 1 Mpa = 10 atm
PLANTAS GLICÓFITAS
Sensibilidade das plantas glicófitas à
salinidade
altamente sensíveis: milho, cebola, citros,
nogueira-pecã, alface, feijoeiro
Moderadamente tolerante: beterraba e
tamareira
PLANTAS HALÓFITAS
 Atriplex (erva-sal)
Uso forrageiro (qualidade
semelhante à alfafa)
Tolera até 36.000 mg L-1 de
sais no solo
Usada no NE para diminuir
impacto ambiental decorrente
da salinidade, absorve grande
quantidades de sal
Tem glândulas de sal