COMPORTAMENTO ECOFISIOLÓGICO DE PLANTAS JOVENS DE
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA COMPORTAMENTO ECOFISIOLÓGICO DE PLANTAS JOVENS DE ANDIROBA (Carapa guianensis Aubl.) SOB DOIS REGIMES HÍDRICOS JOÃO ROBERTO ROSA E SILVA BELÉM 2009 Livros Grátis http://www.livrosgratis.com.br Milhares de livros grátis para download. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA COMPORTAMENTO ECOFISIOLÓGICO DE PLANTAS JOVENS DE ANDIROBA (Carapa guianensis Aubl.) SOB DOIS REGIMES HÍDRICOS JOÃO ROBERTO ROSA E SILVA Dissertação apresentada à Universidade Federal Rural da Amazônia, como parte das exigências do Curso de Mestrado em Agronomia, área de concentração Produção Vegetal, para obtenção do título de Mestre. Orientador: Prof. Hugo Alves Pinheiro Co-orientador: Prof. Benedito G. dos Santos Filho BELÉM 2009 Silva, João Roberto Rosa e Comportamento ecofisiológico de plantas jovens de andiroba (Carapa guianensis Aubl.) / João Roberto Rosa e Silva. – Belém, 2009. 40f. : il. Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Universidade Federal Rural da Amazônia, 2009. 1.Andiroba – déficit hídrico 2. Andiroba – déficit de pressão de vapor 3. Área foliar 4. Condutância estomática 4. Potencial hídrico 5. Transpiração 6. Carapa guianensis Aubl I. Título. CDD – 634.9 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA COMPORTAMENTO ECOFISIOLÓGICO DE PLANTAS JOVENS DE ANDIROBA (Carapa guianensis Aubl.) SOB DOIS REGIMES HÍDRICOS JOÃO ROBERTO ROSA E SILVA Dissertação apresentada à Universidade Federal Rural da Amazônia, como parte das exigências do Curso de Mestrado em Agronomia, área de concentração Produção Vegetal, para obtenção do título de Mestre. Aprovada em 30 de abril de 2009 BANCA EXAMINADORA _________________________________________________________ Eng. Agrônomo, DSc., Prof. Hugo Alves Pinheiro Presidente/Orientador Universidade Federal Rural da Amazônia _________________________________________________________ Eng. Agrônomo, DSc., Dr. Steel Silva Vasconcelos 1º Examinador Embrapa – Amazônia Oriental _________________________________________________________ Eng. Agrônoma, DSc., Leila Sobral Sampaio 2º Examinador Universidade Federal Rural da Amazônia _________________________________________________________ Eng. Agrônomo, DSc., Benedito Gomes dos Santos Filho 3º Examinador Universidade Federal Rural da Amazônia DEDICO À minha mãe, Que antes de partir Convenceu-me que sou capaz de sedimentar Meu próprio caminho e contemplar a paisagem A cada passo, rumo ao meu objetivo. OFEREÇO A minha esposa Ciany lobo e minha filha Eva lobo, pela paciência Que tiveram durante o período dedicado a essa empreitada. iv AGRADECIMENTOS À Universidade Federal Rural da Amazônia (UFRA) pela oportunidade de realização deste curso; À Comissão Executiva do Plano da Lavoura Cacaueira (CEPLAC), pelo empréstimo de equipamentos para determinações fisiológicas durante o experimento; Ao Prof. Hugo Alves Pinheiro, pela sua dedicação, profissionalismo e principalmente pela amizade que resultou em orientação; Ao Prof. Benedito Gomes dos Santos Filho, pela orientação e pela disponibilização de recursos para a pesquisa; Ao meu irmão e gerente do Setor de Transporte da UFRA, Edilson Rosa, que, a exemplo do que faz com todos que o procura, sempre se colocou à disposição para ajudar no que foi possível; Ao Vigilante José Trajano, que na condição de Chefe do Setor de Segurança da UFRA, compreendeu minhas necessidades e me ajudou de muitas formas a dar esse importante passo; A todos os técnicos administrativos que, de uma forma ou de outra, me ajudaram, principalmente o pessoal do “Barracão de Solos”, aos quais serei eternamente grato, especialmente ao Sr. Demósteno (Doquinha), que se efetivou como um grande amigo; Às integrantes da melhor equipe de trabalho já formada: Marcelle Auday, Elizabeth Shimizu e Fabrícia Moraes, pela amizade e ajuda nos trabalhos de casa de vegetação e de laboratório; Aos estagiários Bruno, Raphael, Diego, Felipe e Arles, pela dedicação destinada à conclusão desta dissertação; Ao Técnico Jessivaldo Galvão, por todos os préstimos e conselhos durante a execução do experimento; À laboratorista e colega Luciana Pinheiro, pelo bom funcionamento do laboratório do CTA. v SUMÁRIO p. LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS............................................................ 7 LISTA DE FIGURAS E TABELAS............................................................................. 8 RESUMO........................................................................................................................ 10 ABSTRACT.................................................................................................................... 12 1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................... 14 2. MATERIAL E MÉTODOS....................................................................................... 20 2.1. Material vegetal e procedimentos de amostragens.............................................. 20 2.2. Dados meteorológicos......................................................................................... 21 2.3. Potencial hídrico.................................................................................................. 21 2.4. Trocas gasosas..................................................................................................... 21 2.5. Análises bioquímicas........................................................................................... 21 2.5.1. Prolina.......................................................................................................... 21 2.5.2. Sacarose....................................................................................................... 22 2.5.3. Glicina- betaína............................................................................................ 22 2.5.4. Carboidratos solúveis totais......................................................................... 23 2.6. Análises morfológicas......................................................................................... 23 2.7. Análises estatísticas............................................................................................. 24 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO............................................................................... 25 4. CONCLUSÕES.......................................................................................................... 35 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................... 36 vi LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS ABS = Absorbância; CST = Carboidratos solúveis totais; DPV = Déficit de pressão de vapor do ar; E = Transpiração; Gli – Bet = Glicina- betaína; gs = Condutância estomática; MPa = Mega Pascal (1 MPa = 0,1 bar); RFA = Radiação fotossinteticamente ativa; SAFs = Sistemas agroflorestais; Tar = Temperatura relativa do ar; TCR = Taxa de crescimento relativo; Tfol = Temperatura relativa da folha; UR = Umidade relativa do ar; Δw = Déficit de pressão de vapor entre folha e atmosfera; Ψam = Potencial hídrico de antemanhã; Ψsolo = Potencial hídrico do solo. 7 LISTA DE FIGURAS E TABELAS Figura 1. Valores médios de radiação fotossinteticamente ativa (RFA, Fig. 1a), temperaturas da folha (Tfol) e do ar (Tar; Fig. 1a) e déficit de pressão de vapor entre folha e atmosfera (ΔW, Fig. 1b) durante os dias de experimento. A tomada de dados ocorreu entre 9:30 e 10:30 h e cada ponto é a média de seis medições + erro padrão da média.............................................. 25 Figura 2. Potencial hídrico na antemanhã (Ψam, Fig. 2a), condutância estomática (gs, Fig. 2b) e transpiração (E, Fig. 2c) em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado, linhas cheias e símbolos fechados) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico, linha tracejada e símbolos abertos). Os dados representam a média de seis repetições + erro padrão da média. Médias entre tratamentos avaliadas em um mesmo dia experimental marcadas com um asterisco diferem estatisticamente pelo teste t-Student (P < 0,05). As setas indicam o momento em que a irrigação foi retomada............................................................................... 27 Figura 3. Relação entre condutância estomática (gs) e transpiração (E) em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado; linhas cheias e símbolos fechados) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico; linha tracejada e símbolos abertos). Os dados representam a média de seis repetições + erro padrão da média, coletados durante todo o período experimental. Coeficientes de determinação seguidos de um asterisco indicam análise de regressão significativa pelo teste F (P < 0,01)......................................................................... 29 Figura 4. Relações entre condutância estomática (gs) e potencial hídrico de antemanhã (Ψam) e entre gs e déficit de pressão de vapor entre folha e atmosfera (ΔW) em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico). Coeficientes de determinação seguidos de asterisco indicam análise de regressão significativa pelo teste F (P < 0,01); n = 30.................................................................................................. 30 8 Figura 5. Teores foliares de prolina (Pro, Fig. 5a), glicina- betaína (Gli-Bet, Fig. 5b), sacarose (Sac, Fig. 5c) e carboidratos solúveis totais (CST, Fig. 5d) em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico). Os dados representam a média de seis repetições + erro padrão. Letras maiúsculas e minúsculas diferentes denotam diferenças entre médias de plantas irrigadas e estressadas, respectivamente, comparadas em diferentes dias de avaliação; e médias seguidas de asterisco denotam diferenças significativas entre tratamentos comparados no mesmo dia de avaliação (Newman-Keuls, P < 0,05)...................................................................................................... 32 Tabela 1. Variáveis de crescimento em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico) após 27 dias de avaliação................................................................................................................................... 33 Tabela 2. Variação na Taxa de Crescimento Relativo em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico) após 27 dias de avaliação.......................................................................................................................34 9 RESUMO A presente pesquisa teve como objetivo verificar a magnitude das respostas fisiológicas, bioquímicas e morfológicas de plantas jovens de andiroba (Carapa guianenses Aubl.) submetidas à deficiência hídrica e reidratação. Para isso, mudas de andiroba de oito meses de idade foram cultivadas em casa de vegetação, em vasos de 20 L, preenchidos com um latossolo amarelo, e irrigadas diariamente até a diferenciação dos tratamentos, realizado 45 dias após o transplantio das mudas. Os tratamentos foram: (i) Irrigado, plantas irrigadas diariamente; e (ii) Déficit hídrico, plantas submetidas à suspensão completa da irrigação e deficiência hídrica imposta pelo esgotamento natural da água remanescente no solo. O experimento foi avaliado por um período de 27 dias e em seguida todas as plantas foram reidratadas e avaliadas 12 horas após. Os efeitos do déficit hídrico foram determinados pela avaliação das variáveis fisiológicas (potencial hídrico de antemanhã, Ψam; condutância estomática, gs; e transpiiração, E), bioquímicas (teores foliares de prolina, glicina – betaína, carboidratos solúveis totais e sacarose) e morfológicas (altura e diâmetro do caule, abscisão foliar relativa, lançamento foliar relativo, área foliar total, comprimento do sistema radicular, massa seca de folíolos, caule e pecíolos e do sistema radicular, além da razão raiz/parte aérea). A gs foi reduzida fortemente sob condições de seca e tais reduções foram mais expressivas após 15 e 27 dias da suspensão da irrigação, quando o Ψam foi, respectivamente, de -1,5 e -3,0 MPa. Forte relação entre gs e E foi observada (r2 > 0,99, P < 0,01) em ambos os tratamentos, indicando um eficiente controle estomático da E. As plantas irrigadas não apresentaram relação significativa entre gs e Ψam ou entre gs e o déficit de pressão de vapor entre folha e atmosfera (Δw), mas nas plantas sob seca a relação gs x Ψam foi altamente significativa (r2 = 0,42, P < 0,01); logo, gs foi fortemente reduzida após pequenos decréscimos no Ψam. Um aumento médio de 61% no teor de prolina foi observado nas plantas sob seca e os teores de glicina- betaína foram 62% (Dia 15) e 112% (Dia 27) maiores que nas plantas irrigadas. Nenhuma alteração significativa foi observada nos teores de carboidratos solúveis totais e sacarose. Após a reidratação o Ψam aumentou de -3,21 MPa para -0,59 MPa, indicando uma excelente, mas não completa, recuperação de turgescência foliar. A retomada da irrigação não promoveu recuperação de gs e E, mas os teores de prolina e glicina- betaína foram reduzidos para valores similares aos das plantas irrigadas. As variáveis morfológicas indicaram uma desaceleração do crescimento nas plantas estressadas, tanto em altura quanto em diâmetro do caule e lançamento de novas folhas. Além disso, as plantas sob seca 10 apresentaram abscisão foliar e, consequentemente, apresentaram menor área foliar total. O comprimento do sistema radicular não diferiu entre tratamentos; contudo, a massa seca da parte aérea (folíolos + pecíolos + caule) das plantas irrigadas foi maior que para as plantas estressadas, resultando em uma maior razão raiz/parte nessas últimas. Os resultados obtidos permitiram concluir que as plantas jovens de andiroba apresentam uma série de mecanismos capazes de atenuar a perda excessiva de água como, por exemplo, o eficiente mecanismo estomático de controle de E, o possível ajustamento osmótico em resposta ao incremento de prolina e glicina- betaína foliar, a ocorrência de abscisão foliar e diminuição da área foliar total e o incremento da razão raiz/parte aérea. Esses mecanismos indicam que a andiroba tolera satisfatoriamente bem as condições de seca testadas. Palavras chave: Área foliar, Condutância estomática, Déficit hídrico, Déficit de pressão de vapor, Potencial hídrico, Transpiração. 11 ABSTRACT This research was evaluated aiming to determine the extent of physiological, biochemical and morphological responses of young andiroba (Carapa guianenses Aubl.) plants to drought and after resumption irrigation. Eight-month old seedlings of andiroba were grown in 20 L- pots filled with yellow loam latosol and irrigated daily until treatment differentiation, started 45 days from transplanting. The experiment was performed under greenhouse conditions and climatologic data were registered during all experimental period. Plants were separated in two treatments: (i) Full irrigation; plants were irrigated daily, and (ii) Drought- stress, irrigation was withheld and drought stress was imposed by natural consumption of remaining soil water. Evaluations were performed periodically during 27 days and 12 hours after irrigation has been restarted. Plant responses to drought were evaluated measuring physiological (leaf water potential at predawn, Ψpd; stomatal conductance to water vapor, gs; and transpiration, E), biochemical (proline, glycinebetaine, soluble carbohydrates and sucrose), and morphological (shoot height and diameter, relative leaf abscission, relative leaf release, total leaf area, root depth, dry mass of petiole, shoots and roots, and root- to- shoot ratio) variables. Under drought gs was significantly decreased, mainly 15 and 27 days from treatment differentiation, when Ψpd reached -1.5 and -3.0 MPa, respectively. Close relation between gs and E was observed (r2 > 0.99, P < 0.01) regardless of water regime, pointing an efficient stomatal control of transpiration. Full irrigated plants showed no relation between gs and Ψpd or between gs and leaf- to- air vapor pressure difference (Δw), however, gs x Ψpd regression analysis was highly significant (r2 = 0,42, P < 0,01) in drought stressed plants. Hence gs should decrease significantly with small changes in Ψpd. An average, leaf proline was increased by 61% in drought stressed plants, and leaf glycinebetaine was 62% (Day 15) and 112% (Day 27) higher in comparison to full irrigated plants. No significant changes in leaf soluble carbohydrates and sucrose were evident despite water regime. An excellent recovery of leaf turgescency seems to be reached 12 hours after resumption irrigation, since Ψpd increased from -3.21 MPa to -0.59 MPa. However, both gs and E did not recovery it values to control level, but no differences between treatments were observed to proline and glycinebetaine, pointing concentration of these solutes decreased to control levels. Morphological measurements indicate continued growth of drought stressed plants, however, increments on shoot height and diameter and the absence of leaf release were slower in comparison to full irrigated plants. Leaf abscission was also observed in drought stressed plants and as a result total leaf area was lower than control plants. No significant differences 12 between treatments were observed with regard to root depth, but total dry mass of above ground (leaflets + petioles + shoots) was greater in full irrigated plants than in drought stressed ones. In the former, root- to- shoot ratio was lower. Results points that young andiroba plants showed different mechanisms to attenuate water loss, such as efficient stomatal control of transpiration, possible osmotic adjustment resulting from accumulation of leaf proline and glycinebetaine, leaf abscission, reducing leaf area and increasing root- toshoot ratio. Altogether, such mechanisms allowed plants to tolerate satisfactorily drought conditions. Keywords: Drought stress, Leaf area, Leaf- to- air vapor pressure difference, Leaf water potential, Stomatal conductance, Transpiration. 13 1. INTRODUÇÃO A grande disponibilidade de recursos naturais da região amazônica, de certa forma, estimulou no homem do campo uma visão de inesgotabilidade, refletindo em práticas inadequadas de manejo e gestão de recursos naturais e em uma desordenada ocupação e uso do solo. Essas características são marcantes da cultura regional amazônica; porém, a persistência em adotar tais práticas tem resultado em um processo de exploração insustentável do ponto de vista agroecológico (KOHLHEPP, 2002). A forma mais predatória de exploração dos recursos naturais na Amazônia pode ser evidenciada pela derrubada das florestas por ocasião da exploração madeireira, principalmente em razão do corte seletivo da vegetação (extração de espécies nobres) e da produção de carvão vegetal. As áreas derrubadas são aproveitadas para atividades agrícolas, como os grandes plantios de dendê, arroz, milho, cana de açúcar, soja, dentre outras culturas; e, principalmente, para a implantação de pastos destinados à pecuária extensiva. Segundo Valeriano et al. (2009), a taxa de corte raso anual da vegetação na Amazônia Legal Brasileira para o período de 2007/2008 foi de 11.968 km2, representando um aumento de 3,3% em relação ao mesmo período de 2006/2007. Ademais, caso a pressão sobre as áreas de floresta sejam mantidas às mesmas taxas, incrementos da ordem de 40% nas médias de desmatamento poderão ser observados até o ano de 2050, incluindo a devastação de florestas localizadas em seis das maiores bacias hidrográficas da região (SOARES FILHO et al., 2006). Segundo Nobre et al. (2009) as variações climáticas na Amazônia podem ser decorrentes de causas naturais e de origem antrópica, a qual resulta do uso da terra relacionado fortemente ao desmatamento das áreas de floresta. Esta última implica na transferência de carbono (na forma de dióxido de carbono) da biosfera para a atmosfera, contribuindo para o aquecimento global. Um incremento de aproximadamente 0,63ºC nas médias mensais de temperatura do ar foi observado na Amazônia nos últimos 100 anos (VICTORIA et al., 1998), resultando em variações consideráveis nas médias de precipitação (CHAGNON et al., 2004; CHAGNON; BRAS, 2005), principalmente em relação àquelas observadas para o extremo norte e extremo sul da bacia Amazônica (MARENGO et al., 2000). Assim, as mudanças climáticas locais poderão resultar em períodos secos mais longos e severos, como no sul e sudeste do Pará, cujas médias mensais de precipitação durante o período de junho/julho a novembro/dezembro não ultrapassam os 100 mm, resultando em um balanço hídrico negativo do solo. Portanto, o período seco ocorrente nessas regiões ocasiona 14 uma situação de deficiência hídrica, a qual surge como um fator abiótico de estresse limitante ao cultivo de espécies de ciclo curto (soja, milho, arroz, etc.) e ao estabelecimento inicial de espécies perenes, frutíferas ou madeireiras. Uma vez que a seca é um fator de estresse abiótico de extrema importância em várias regiões do Brasil e do mundo, muitas pesquisas têm sido conduzidas para averiguar o comportamento de plantas sob condições limitantes de disponibilidade hídrica do solo, simulando, dentro de certos limites, situações de deficiência hídrica que podem ser evidenciadas em campo. De modo geral, as respostas das plantas à seca variam de acordo com a espécie e com a intensidade e duração do estresse, podendo se manifestar em termos morfológicos, fisiológicos e bioquímicos (KRAMER; BOYER, 1995). Com relação às alterações morfológicas decorrentes da seca, a paralisação do crescimento da parte aérea é uma resposta primária, de forma que novas folhas deixam de ser emitidas ou uma maior abscisão foliar é observada. Essas estratégias colaboram na economia hídrica por diminuir a superfície de transpiração e aumentar a eficiência do uso da água (KRAMER; BOYER, 1995; KOZLOWSKI; PALLARDY, 1997; DaMATTA et al., 2003). Uma paralisação ou redução nas taxas de crescimento relativo, em altura da planta e diâmetro do caule, podem também ser observadas. Entretanto, um estímulo no crescimento radicular tem sido demonstrado sob condições de seca (KRAMER; BOYER, 1995; KOZLOWSKI; PALLARDY, 1997; PINHEIRO et al., 2005), sendo este considerado um mecanismo de adaptação ou tolerância à deficiência hídrica. O investimento de assimilados derivados da fotossíntese no crescimento de raízes em detrimento da parte aérea favorece a exploração de uma maior área de solo em busca de água, cujo disponibilidade é maior em horizontes mais profundos do perfil em solos secos. Dentre as respostas fisiológicas, a redução na condutância estomática (gs) é a estratégia mais eficiente para restringir ou reduzir as perdas de água pelas folhas via transpiração. Quando o grau de abertura estomática diminui, o movimento (ou perda) de vapor d’água pela planta através da transpiração é reduzido ou limitado. Dentre os fatores que governam o mecanismo de abertura e fechamento estomático, faz-se referência àqueles intrínsecos à planta, como os efeitos do ácido abscísico, ou àqueles relacionados ao ambiente circundante, como os efeitos do potencial hídrico do solo, da temperatura e umidade relativa do ar, da radiação incidente, da temperatura da folha e do déficit de pressão de vapor, DPV (KRAMER; BOYER, 1995; KOZLOWSKI; PALLARDY, 1997). Das variáveis ambientais, o DPV pode exercer grande influência no controle de abertura e fechamento estomático. Esta grandeza mede o quão seco é a atmosfera circundante 15 e, como a transpiração é um fenômeno físico dirigido pelas diferenças de concentração de vapor d’água entre folha e atmosfera, um ar mais seco potencializa a transpiração. Isto porque, para que haja transpiração é necessário que (i) os estômatos apresentem algum grau de abertura e que (ii) a concentração de vapor d’água na atmosfera seja menor que a concentração de vapor d’água interna à folha. Dessa forma, quanto maior o DPV, mais seco é a atmosfera circundante e mais favorável são as condições do meio ambiente à transpiração. No entanto, em estudos fisiológicos, é muito comum a utilização do DPV entre folha e atmosfera (Δw), cuja estimativa leva em conta a temperatura e umidade relativa do ar e a temperatura da folha (LANDSBERG, 1986) e serve como indicativo entre as diferenças de vapor d’água entre folha e atmosfera, de forma que quanto maior o Δw, maior será a tendência à transpiração. As respostas da gs às variações do DPV são contrastantes. Pinheiro et al. (2005), demonstraram que, em plantas irrigadas de Coffea canephora Pierre., reduções de 50 % em gs ocorrem quando o DPV aumentou de 1,5 para 3,0 kPa. Romero e Botía (2006) mostraram forte relação entre DPV e o potencial hídrico da folha (Ψw) em amendoeiras (Prunus dulcis Mill.) e que gs foi fortemente reduzida com o incremento do DPV a partir de 2 kPa. Em mogno (Swietenia macrophylla King.) o incremento do DPV entre folha e atmosfera ao longo do dia apresentou forte correlação com a gs (CORDEIRO, 2007). Ao contrário, reduções em gs não foram condicionadas com incrementos no DPV em oliveiras (Olea europaea L.) (FERNANDEZ et al., 1997; GIORIO et al., 1999) e, nesse caso, o fechamento estomático parece estar mais associado às alterações no potencial hídrico do solo e a fatores endógenos à planta (sinais químicos) que às variações no DPV propriamente ditas (GIORIO et al., 1999; MORIANA et al., 2002; TOGNETTI et al., 2004). Dentre as respostas bioquímicas de plantas ao déficit hídrico ressalta-se a capacidade de síntese e/ou acúmulo de determinados compostos com propriedades osmóticas ativas como, por exemplo, a prolina (HANDA et al., 1986; ASHRAF; FOOLAD, 2007; CARVALHO, 2005; SILVA et al., 2004), a glicina-betaína (ASHRAF; FOOLAD, 2007), os aminoácidos solúveis (CARVALHO, 2005), os carboidratos solúveis e a sacarose (CHAVES FILHO; STACCIARINI-SERAPHIN, 2001), dentre outros. O acúmulo desses solutos, que ocorre preferencialmente no citoplasma, diminui o potencial osmótico das células das folhas e, por conseguinte, seu potencial hídrico. Como resultado, um incremento no gradiente de potencial hídrico entre parte aérea – raízes – solo é observado e isto favorece a absorção e transporte de água do solo para a parte aérea, corroborando para a manutenção do turgor 16 celular. Este processo é denominado de ajuste ou ajustamento osmótico (KRAMER; BOYER, 1995; KOZLOWSKI; PALLARDY, 1997). A importância e a contribuição dos solutos envolvidos no ajustamento osmótico em resposta à deficiência hídrica variam com a espécie (MORGAN, 1984). Em forrageiras tropicais, o potássio foi apontado como sendo um dos solutos de maior importância (FORD; WILSON, 1981), enquanto que em soja [Glycine max (L.) Merr.], os principais solutos acumulados foram os aminoácidos, a glicose, a frutose e a sacarose (MEYER; BOYER, 1981). Em mogno brasileiro, a prolina parece ser de extrema importância nesse processo (CORDEIRO, 2007). Do exposto, fica evidente a necessidade do desenvolvimento de tecnologias de cultivo que sejam capazes de recuperar as áreas degradadas, agregando renda aos produtores rurais sem, no entanto, estimular o desmatamento de novas áreas. Como alternativa, os sistemas agroflorestais (SAFs), consorciando culturas perenes (como espécies lenhosas frutíferas e não frutíferas) às culturas anuais, surge como alternativa viável do ponto de vista agroecológico. Os SAFs apresentam como principais vantagens a longevidade produtiva das espécies perenes utilizadas, servindo como cobertura do solo e diminuindo os impactos erosivos causados pela incidência direta das chuvas. Melhoram ainda a qualidade física e química dos solos, por permitir uma maior ciclagem de nutrientes, com reflexos diretos na microbiologia do solo envolvida nos processos de mineralização da matéria orgânica (MENDONÇA; STOTT, 2003). Os SAFs permitem também uma maior regularização do ciclo hídrico no sistema soloplanta-atmosfera (GIRALDO; JARAMILLO, 2004), e favorece uma maior captação de CO2 atmosférico (PERFECTO et al., 2005). Uma vez que as áreas desmatadas no estado do Pará predominam nas regiões sul e sudeste do estado, cujas condições climáticas favorecem um período seco definido de até cinco meses, a composição florística de um SAF deverá levar em conta, além do interesse econômico, a capacidade da espécie escolhida em tolerar a seca durante, pelo menos, os dois primeiros anos de cultivo. Durante a fase inicial de desenvolvimento da cultura em campo, as plantas serão submetidas, provavelmente, a um déficit hídrico natural durante o período de menor precipitação (julho a novembro). Nessa fase de desenvolvimento, o sistema radicular dessas plantas não é profundo o suficiente para explorar a água do solo a partir de horizontes mais profundos. Nesse sentido, o entendimento das respostas fisiológicas e bioquímicas relacionadas à tolerância à seca é de primordial importância. Dentre as diversas espécies preferenciais para projetos de reflorestamento, inclusive em SAFs, a andiroba (Carapa guianensis Aubl.), espécie pertencente à família Meliaceae, 17 tem sido bastante cogitada em razão de seu potencial econômico. Essa espécie tem ampla distribuição geográfica, sendo encontrada desde os Neotrópicos à África Tropical. Ocorre no sul da América Central, Colômbia, Venezuela, Suriname, Guiana Francesa, Peru, Paraguai e Brasil (FERRAZ et al., 2002). No Brasil, é encontrada principalmente na bacia Amazônica, nas várzeas próximas ao leito de rios e faixas alagáveis, com menor ocorrência em áreas de terra firme. Isto indica que a espécie pode se adaptar a diferentes ecossistemas. Quando adulta, a andiroba ocupa o dossel e o subdossel das florestas, podendo atingir até 30 m de altura e 1,20 m de diâmetro, e mantém-se produtiva por até 40 anos, com produção aproximada em torno de 180 a 200 kg de sementes por ano (SHANLEY et al., 1998). Portanto, é uma espécie perene e que pode ser explorada inclusive para a geração de créditos de carbono. Além disso, tanto o óleo extraído de suas sementes quanto a madeira produzida apresentam apreciáveis qualidades industriais, alcançando preços bastante atrativos no mercado nacional e internacional. O óleo da andiroba é extraído pela prensagem das sementes e apresenta, dentre outros, altos teores de oleína e palmitina, o que permite sua utilização na produção de repelentes e fabricação de remédios, principalmente como antiflamatório (NEVES et al., 2004). Recentemente, pesquisas sobre a utilização desse óleo diretamente como fonte de energia ou para a produção de biodiesel tem sido estimuladas, uma vez que a qualidade do mesmo para esses fins foi atestada pela Agência Nacional do Patróleo, ANP, em 2006. Com relação à madeira, a andiroba apresenta tonalidade castanho-vermelha brilhante e apresenta excelente qualidade estrutural (dureza e durabilidade), sendo muitas vezes comparada ao mogno, e por isso chamada de mogno falso. A madeira tem alta demanda, sendo exportada para o exterior e outros estados brasileiros para utilização na construção civil (SHANLEY et al., 1998; SAMPAIO, 2000; SILVA, 2002). Considerando a necessidade de recuperação de áreas degradadas e que a maior ocorrência dessas áreas encontra-se em regiões sujeitas a período de estiagem de até cinco meses, e ainda, que o plantio das espécies lenhosas seja geralmente realizado por meio de mudas. A escolha das espécies a serem utilizadas deve levar em consideração a capacidade dessas plantas, ainda enquanto indivíduos jovens, em tolerar satisfatoriamente à seca. Uma vez que a andiroba surge como excelente opção de negócio para o produtor, questiona-se: A andiroba, ainda na fase de indivíduo jovem, é capaz de tolerar satisfatoriamente bem a seca? Neste trabalho a hipótese foi que a andiroba daria uma resposta positiva. Assim, o objetivo geral desta pesquisa foi avaliar a magnitude das alterações fisiológicas, morfológicas e bioquímicas em plantas jovens de andiroba sob dois regimes 18 hídricos. Como objetivos específicos, foram determinadas as magnitudes das variações da condutância estomática (gs) e transpiração (E), a relação entre gs x E, as respostas estomáticas ao potencial hídrico do solo e Δw, alterações nas variáveis de crescimento e acúmulos de substâncias osmoticamente ativas relacionadas ao ajustamento osmótico. 19 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Material vegetal e procedimentos de amostragens O experimento foi realizado em casa de vegetação, no Instituto de Ciências Agrárias da Universidade Federal Rural da Amazônia, em Belém-PA (01º28’03”S, 48º29’18”W). Mudas de andiroba (Carapa guianensis Aubl.), de aproximadamente oito meses de idade, com 0,76 m de altura e 0,08 m de diâmetro em média, foram transplantadas para vasos de 20 L, com 0,50 m de altura, preenchidos com um substrato advindo de um latossolo amarelo, textura média, cujo pH e teores de macro e micronutrientes foram corrigidos de acordo com a análise química do solo. Cada vaso, contendo apenas uma planta, foi irrigado diariamente para ser mantido o solo na capacidade de campo, sendo efetuada a pesagem do conjunto vaso/planta periodicamente, para reposição da água evapotranspirada, conforme diferença de peso. A capacidade de campo do substrato foi estimada, em laboratório, de acordo com o método de coluna de solo apresentada por Fernandes & Sykes (1968), e o controle de plantas daninhas realizado manualmente conforme necessário. Após 45 dias do transplantio, as mudas, foram divididas em dois grupos, a saber: (i) Tratamento Irrigado, plantas mantidas permanentemente irrigadas e (ii) Tratamento em déficit hídrico, plantas submetidas à suspensão completa da irrigação. O déficit hídrico ocorreu de forma progressiva em função do esgotamento da água remanescente no solo. O experimento foi instalado em delineamento inteiramente ao acaso, com dois tratamentos (Irrigado e Déficit hídrico) e seis repetições. Aos 15 e 27 dias após diferenciação dos tratamentos, amostras foliares (cinco discos de 1 cm de diâmetro) foram coletadas de folíolos do segundo ou terceiro par de folhas maduras a partir do ápice, entre 9:30 e 10:30 h, e imediatamente congeladas (aproximadamente -20°C) para posteriores análises bioquímicas. Após a coleta de amostras citadas acima, todas as plantas foram irrigadas ao final da tarde e, na antemanhã seguinte, 12 h após a retomada da irrigação, o Ψam foi novamente determinado, as trocas gasosas avaliadas e as amostras foliares coletadas, conforme descrito anteriormente, a fim de verificar a capacidade de recuperação das plantas após cessado o estresse. Uma vez que a determinação do Ψam e a coleta de amostras para as análises bioquímicas consistem de métodos destrutivos, um segundo lote de plantas foi conduzido sob as mesmas condições experimentais e mesmo tempo de experimento visando determinar a magnitude das alterações morfológicas decorrentes do déficit hídrico. Nesse caso, as avaliações foram realizadas ao início e ao final do experimento (27 Dias). 20 2.2. Dados meteorológicos As médias de temperatura (Tar) e umidade relativa do ar (UR) foram registradas através de um termohigrômetro (mod. 5203, Incoterm, RS, Brasil). A partir dos dados de Tar (registradas em termômetro bulbo seco e úmido) e da temperatura foliar (Tfol), o déficit de pressão de vapor d’água entre folha e atmosfera (ΔW) foi estimado de acordo com Landsberg (1986). 2.3. Potencial hídrico O Ψam foi determinado entre 4:30 e 5:30 h, por meio de uma bomba de pressão do tipo Scholander (m670, Pms Instrument Co., Albany, USA), conforme descrito por Pinheiro et al. (2007). Como amostras, folíolos maduros e completamente expandidos foram selecionados do segundo ou terceiro par de folhas a partir do ápice, destacados com auxílio de uma lâmina de barbear, armazenados em sacos de polietileno umedecidos e transportados sob gelo até o laboratório para as análises, em um tempo máximo de 60 minutos, sendo cada amostra constituída de um folíolo. 2.4. Trocas gasosas A condutância dos estômatos ao vapor d’água (gs), a transpiração (E) e a temperatura da folha (Tfol) foram determinadas por meio de um porômetro portátil de equilíbrio dinâmico (mod. Li 1600, LiCor, Nebraska, USA) e o fluxo de radiação fotossinteticamente ativa (RFA) foi determinado por meio de um sensor quântico acoplado ao porômetro. As medições foram realizadas sob condições de luz e CO2 ambientes, entre 09:30 e 10:30 h (COSTA; MARENCO, 2007). Como amostras, três folíolos maduros e completamente expandidos foram selecionados a partir de folhas do segundo ou terceiro par contados a partir do ápice. 2.5. Análises bioquímicas As análises bioquímicas foram realizadas no laboratório do Centro de Tecnologia Aplicada à Agricultura (CTA), pertencente ao Instituto Sócio Ambiental e de Recurso Hídrico (ISARH), localizado no campus da UFRA em Belém-PA. 2.5.1. Prolina Os teores de prolina foram determinados de acordo com Bates et al. (1973). A extração foi realizada a quente (em banho-maria a 100 °C, por 30 min), homogeneizando-se as amostras em 5 mL de água destilada. Após centrifugação a 700 g, por 20 min, o 21 sobrenadante foi coletado e deste utilizado uma alíquota de 1 mL para a quantificação de prolina, iniciada pela adição de 1 mL de ninhidrina ácida e 1 mL de ácido acético glacial 99,5%. A mistura foi agitada e incubada a 100oC por 1 h. As amostras foram resfriadas em banho de gelo e a elas adicionadas 2 mL de tolueno para a separação das fases. A fração contendo grupo cromóforo foi coletada e a absorvância (ABS) determinada a 520 nm em espectofotômetro UV-Visível (mod. GenesysTM 10series, Marca Thermo Electron Corporation, Wisconsin, USA). A concentração de prolina foi determinada por meio de uma curva de calibração de prolina e o resultado expresso em mmoL prolina g-1 de matéria seca (MS). 2.5.2. Sacarose Foi determinada segundo o método de Van Handel (1968), com algumas modificações. As amostras foram maceradas em 1,5 ml de MCW (metanol: clorofórmio: água 12: 5: 3, v/v/v) e submetidas à agitação por 20 minutos. O homogeneizado foi centrifugado a 500 g, por 30 minutos, à temperatura ambiente. Após a coleta do sobrenadante, foi repetido o processo de extração por duas vezes consecutivas e os sobrenadantes reunidos e seu volume final determinado. A cada 2,0 ml do extrato final foram adicionados 0,5 ml de clorofórmio e 750 µl de água deionizada, seguindo de agitação e nova centrifugação a 700 g, por 10 minutos, à temperatura ambiente. A fração aquosa metanólica foi coletada e transferida para tubos de ensaio, os quais foram incubados em banho-maria a 35ºC, por 60 minutos até a evaporação do clorofórmio residual. Para cada alíquota de 100 µL do material obtido, foram adicionados 100 µL de KOH 30%. Após agitação, aquecimento a 100ºC por 10 minutos e resfriamento em banho de gelo, uma volume de 3,0 ml de solução de antrona 0,2% (em ácido sulfúrico) foi adicionado a cada tubo. A mistura foi agitada e aquecida novamente (40 ºC por 20 minutos) e, após resfriamento, a ABS das amostras foi determinada a 620 nm por meio de um espectrofotômetro (GenesysTM10series, Thermo Electron Co., Wisconsin, USA). Para os cálculos foi utilizada uma curva padrão de sacarose e os resultados expressos em mg sacarose g-1 MS. 2.5.3. Glicina – betaína Foi determinada segundo o método de Grieve e Grattan (1983). As amostras foram maceradas em 2 mL de água destilada sob agitação constante, à temperatura ambiente, por um período de 4 horas, seguindo de centrifugação a 3.500 g por 10 minutos, a 25 ºC. O sobrenadante foi coletado e dele retirado uma alíquota de 250 µL para a quantificação de prolina. Para isso, 250 µL de ácido sulfúrico concentrado foram adicionados a cada amostra, 22 seguindo de incubação em banho de gelo por 1 hora. Após esse tempo, 200 µL de iodeto de potássio (a aproximadamente 8°C) foram adicionados e a mistura incubada por 16 horas a 0ºC. As amostras foram centrifugadas a 3.500 g, por 15 minutos a 0ºC, e o resíduo coletado. Este foi lavado por duas vezes em 2 mL de ácido sulfúrico 1 N (a aproximadamente 8°C), após centrifugação a 3.500 g, por 5 minutos a 0 ºC, o precipitado foi dissolvido em 3 mL de 1,2-dicloroetano, por meio de agitação vigorosa. Após 2,5 horas de repouso, a ABS das amostras foi obtida a 365 nm e para os cálculos foi utilizada uma curva padrão de glicina betaína. Os resultados foram expressos em mg glicina – betaína g-1 MS. 2.5.4. Carboidratos solúveis totais (CST) Foi determinado segundo o método colorimétrico descrito por Dubois et al. (1956), modificado como se segue: Amostras vegetais foram homogeneizadas em 5 mL de água destilada e o homogeneizado resultante incubado a 100oC, por 30 minutos. Após centrifugação a 700 g, por 10 min, o sobrenadante foi coletado e o procedimento de extração repetido por duas vezes. Os sobrenadantes foram combinados e homogeneizados e, do extrato final resultante, uma alíquota de 20 µL foi amostrada para as demais etapas. A cada alíquota foi adicionado 480 µL de água deionizada e, após agitação por 15 minutos, foram adicionados 500 µL de fenol 5% e 2,5 mL de ácido sulfúrico concentrado a cada amostra. Após vigorosa agitação (20 minutos), a ABS das amostras foi registrada a 490 nm. Para os cálculos foi utilizada uma curva padrão de glicose e os resultados expressos em mg de CST g-1 MS. 2.6. Análises morfológicas As variáveis de crescimento relacionadas à morfologia da copa e sistema radicular determinadas foram: (i) altura relativa das plantas; medindo-se a região compreendida entre o coleto da planta e o ápice caulinar por meio de uma trena presa a uma régua de madeira; (ii) diâmetro do caule, medindo-se a seção caulinar na porção basal, mediana e apical utilizandose um paquímetro mecânico (m3545605128, Vonder Co., Curitiba, Brasil) e nesse caso, o diâmetro do caule foi calculado como a média dos diâmetros das seções medidas; (iii) o ganho percentual de folhas, foram determinados pela contagem diária do número de folhas e folíolos existentes na planta durante o período experimental (27 dias). As plantas foram retiradas dos vasos e, com auxílio de uma tesoura de poda, a parte aérea e sistema radicular foram separados. A área do limbo de cada folíolo foi determinada por meio de um medidor de área foliar portátil (AM300, ADC Bioscientific Ltd., Hoddesdon, UK) e a (iv) área foliar total da planta foi calculada como o somatório de todas as áreas determinadas individualmente. O 23 sistema radicular foi cuidadosamente lavado em água corrente, utilizando-se uma peneira de malha fina para evitar perdas de raízes mais finas, e seu (v) comprimento foi determinado pela medição da maior raiz na região compreendida entre o coleto da planta e o ápice radicular. As partes da planta foram acondicionadas em sacos de papel e secas em estufa de circulação de ar (72°C até massa constante) para a obtenção de suas massas secas (vi), para posterior determinação da taxa de crescimento relativo (TCR) das partes da planta, utilizando-se a equação TCR = (Ln P2 - Ln M1)/(T2-T1), em que “M” refere-se à massa seca e “T” ao tempo. A razão raiz/parte aérea foi estimada como a razão entre massa seca do sistema radicular e massa seca da parte aérea (calculado como a soma das massas secas de folíolos, pecíolo e caule). 2.7. Análises estatísticas O experimento foi instalado em delineamento inteiramente ao acaso, com dois tratamentos (Irrigado e Déficit hídrico) e seis repetições. Cada repetição foi constituída de uma planta por vaso. Os dados de Ψam, gs e E foram submetidos à análise de variância e as diferenças entre as médias dos tratamentos (Irrigado x Déficit hídrico) foram testadas no mesmo tempo de avaliação (dias de experimento) pelo teste t-Student (P < 0,05). As relações entre gs x Ψam e gs x ΔW foram testadas por meio de regressão linear, cuja significância foi averiguada pelo teste-F (P < 0,05). Os dados bioquímicos foram submetidos à análise de variância considerando-se o arranjo fatorial 2 x 2 (dois regimes hídricos - irrigado e déficit hídrico; e duas épocas de avaliação – 15 dias e 27 dias, e as médias comparadas pelo teste de Newman - Keuls (P < 0,05). Os dados morfológicos foram comparados pela análise dos erros padrões das médias. 24 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Durante a realização do experimento as plantas sofrem interferências das condições ambientais as quais estão submetidas; por isso, foram registradas as variações diurnas da Tar, Tfol, UR, RFA e ΔW. Estas variáveis podem explicar, pelo menos em partes, as variações em gs e E ao longo dos dias de medição (KRAMER; BOYER, 1995). Para o período experimental (27 dias), as médias de Tar e Tfol durante as medições de trocas gasosas, realizadas entre 9:30 e 10:30 h, foram 31,6 e 32,7°C, respectivamente, enquanto a média de RFA foi de 506 μmol m2 s-1 (Figura 1a). As médias de UR e ΔW foram, respectivamente, de 73% e de 1,34 kPa (Figura 1b). Foi observado, no entanto, que as condições climáticas variaram significativamente entre os diferentes dias de experimento. Essas variações foram decorrentes da maior ocorrência de dias nublados durante os meses em que o experimento foi avaliado (outubro a novembro) o que, no entanto, não invalida as comparações entre tratamentos quando estas são realizadas para o mesmo dia de experimento. Figura 1. Valores médios de radiação fotossinteticamente ativa (RFA, Fig. 1a), temperaturas da folha (Tfol) e do ar (Tar; Fig. 1a) e déficit de pressão de vapor entre folha e atmosfera (ΔW, Fig. 1b) durante as determinações das trocas gasosas no experimento. A tomada de dados ocorreu entre 9:30 e 10:30 h e cada ponto é a média de seis medições + erro padrão da média. 25 A suspensão da irrigação por nove dias (Dia 9) promoveu uma redução significativa do Ψam de -0,22 + 0,04 MPa (nas plantas irrigadas) para -0,68 + 0,10 MPa (nas plantas sob déficit hídrico). Essa redução foi mais expressiva após 15 dias da suspensão da irrigação (1,35 + 0,31 MPa) e máxima após 27 dias da diferenciação dos tratamentos, quando o Ψam foi reduzido de -0,30 + 0,05 MPa nas plantas irrigadas para -3,21 + 0,20 MPa nas plantas sob seca (Figura 2a). O potencial hídrico medido na folha é uma grandeza termodinâmica que determina a quantidade de água celular disponível no tecido para a realização de trabalho químico (KRAMER; BOYER, 1995) e, quando determinado na antemanhã (entre 4:30 e 5:30 h), fornece uma medida indireta do potencial hídrico do solo no qual as plantas se encontram. Isto porque na antemanhã as perdas de água por evapotranspiração são nulas, ou desprezíveis, devido à ausência de luz e a alta umidade (próximo a saturação) e, nessa situação, um equilíbrio no sistema solo – planta - atmosfera é alcançado. Teoricamente, quanto mais negativo o valor de Ψam, menor é a quantidade de água disponível para realização de trabalho químico, estimulando na planta uma série de respostas fisiológicas, bioquímicas e morfológicas que permitam uma maior economia hídrica. Isto ocorre no sentido de evitar ou atenuar os sintomas negativos da seca que culminam, em última análise, na paralisação do crescimento e diminuição da produção. Em termos fisiológicos, a diminuição de gs ocorre como estratégia de economia hídrica, uma vez que quanto menor a gs menor é a tendência de transpiração. Esta resposta foi observada em várias espécies lenhosas arbustivas ou arbóreas. Em café conilon, a gs foi reduzida em, pelo menos, 60% quando o Ψam diminuiu de -0,02 MPa para -0,50 MPa (PINHEIRO et al., 2005). Em plantas jovens de mogno brasileiro sob Ψam de -3,6 MPa, Cordeiro (2007) observou uma forte redução na gs ao longo do dia, com valores máximos às 07:00 h (270 mmol m-2 s-1) e mínimos entre 9:00 e 17:00 h (valores médios em torno de 40 mmol m-2 s-1). Reduções expressivas em gs em resposta à diminuição do Ψam foram também observadas em kiwi (GUCCI et al., 1996), acerola (Malpighia glabra L.)(NOGUEIRA et al.,2001) e em várias outras espécies arbóreas do cerrado (PEREZ; MORAES, 1991). Neste experimento, foi observado que a gs diferiu significativamente entre os tratamentos em todos os dias de avaliação, exceto no Dia 0 porque todas as plantas encontravam-se plenamente irrigadas (Figura 2b). Para as plantas irrigadas, as reduções observadas na gs podem ser explicadas pelas flutuações das condições climáticas ao longo dos 26 Figura 2. Potencial hídrico na antemanhã (Ψam, Fig. 2a), condutância estomática (gs, Fig. 2b) e transpiração (E, Fig. 2c) em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado, linhas cheias e símbolos fechados) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico, linha tracejada e símbolos abertos). Os dados representam a média de seis repetições + erro padrão da média. Médias entre tratamentos avaliadas em um mesmo dia experimental marcadas com um asterisco diferem estatisticamente pelo teste t-Student (P < 0,05). As setas indicam o momento em que a irrigação foi retomada. 27 dias de avaliação, em especial pelas menores taxas de RFA e ΔW registradas a partir do Dia 12 (Figura 1). Porém, comparando-se os tratamentos pontualmente, ou seja, em cada dia de experimento, a gs das plantas sob seca foi 48% (Dia 9) e 83% (Dias 15 e 27) menor em relação às plantas irrigadas (Figura 2b). Consequentemente, a E nessas plantas também foi reduzida para os mesmos dias de avaliação (Figura 2c). No Dia 9, a E das plantas estressadas foi significativamente menor (44%), com reduções mais expressivas nos dias 15 e 27 (em torno de 83%). Resultados similares foram observados em café conilon (DaMATTA et al., 2003), eucalipto (ALMEIDA; SOARES, 2003; CHAVES et al. 2004), mogno brasileiro (CORDEIRO, 2007) e em andiroba, cujo déficit hídrico por 14 e 21 dias resultou nas maiores reduções de gs e E (GONÇALVES et al., 2009). Na transpiração o movimento de vapor d’água entre folha e atmosfera dá- se em favor do gradiente de concentração de vapor d’água entre esses meios. Mas, para haver transpiração é necessário que a concentração de vapor d’água seja maior nos espaços intercelulares que na atmosfera circundante. Dessa forma, pode-se inferir a transpiração não é governada apenas pelo grau de abertura estomática, pois mesmo com os estômatos abertos a transpiração poderá ser nula ou extremamente baixa; fenômeno este observado quando o ar encontra-se saturado (KRAMER; BOYER, 1995). Uma vez que as trocas gasosas foram avaliadas entre 9:30 e 10:30 h e nesse horário houve uma substancial diferença de concentração de vapor d’água entre folha e atmosfera (que variou de 0,8 a 1,7 kPa), pode-se inferir que a gs possa ter exercido um papel importante no controle da transpiração. Esta hipótese foi testada pelo estudo das relações entre gs x E para os dados de ambos os tratamentos. Foi observado que para as plantas sob seca a relação gs x E foi altamente significativa (P < 0,01; r2 = 0,99), apresentando um comportamento linear similar aquele obtido para as plantas irrigadas, o que indica que reduções em gs reduzem de imediato e de forma linear a E (Figura 3). Analisando-se o comportamento da gs em relação ao Ψam, foi claramente evidente a ausência de correlação entre essas variáveis para as plantas irrigadas (Figura 4a). No entanto, para as plantas estressadas, a gs foi fortemente reduzida a partir de pequenas variações no Ψam (Figura 4b), exibindo um comportamento potencial altamente significativo (P < 0,01). Isto implica dizer que quando a água do solo é abundante a planta deverá manter seus estômatos abertos por mais tempo a fim de garantir maior influxo de CO2 para a fotossíntese. Do contrário, ao passo que a água do solo é esgotada, os estômatos rapidamente se fecham a fim de proporcionar uma maior economia hídrica. De acordo com Tardieu e Simonneau (1998), a rápida resposta de gs frente às variações no Ψam podem estar relacionadas ao incremento na 28 concentração de ácido abscísico (ABA), uma vez que esses autores observaram que quanto maior a concentração de ABA na seiva do xilema menor é a gs. Para a maioria das espécies, o aumento do ΔW resulta em reduções lineares em gs. Em plantas de Coffea canephora sob constante irrigação, reduções de 50 % em gs quando o ΔW aumentou de aproximadamente 1,5 para 3,0 kPa foram observadas (PINHEIRO et al., 2005). Uma forte correlação entre ΔW e gs foi observada em amendoeiras, apresentando como valor limite para o fechamento estomático um ΔW da ordem de 2 kPa (ROMERO; BOTÍA, 2006). Em mogno brasileiro, Cordeiro et al. (2007) observou que as plantas submetidas a deficiência hídrica reduziram sua gs. Neste experimento, no entanto, nenhuma relação entre ΔW e gs foi observada independentemente do tratamento (Figura 4c e 4d). Possivelmente, este fato pode ser explicado pelos baixos valores de ΔW registrados durante o experimento; por outro lado, para algumas espécies da região mediterrânea, como a oliveira, resultados experimentais indicaram que nem sempre o aumento na demanda evaporativa implica na diminuição de gs (FERNANDEZ et al., 1997; GIORIO et al., 1999). Nesse caso, o fechamento estomático das plantas sob estresse observado nesse ex Figura 3. Relação entre condutância estomática (gs) e transpiração (E) em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado; linhas cheias e símbolos fechados) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico; linha tracejada e símbolos abertos). Os dados representam a média de seis repetições + erro padrão da média, coletados durante todo o período experimental. Coeficientes de determinação seguidos de um asterisco indicam análise de regressão significativa pelo teste F (P < 0,01). 29 Figura 4. Relações entre condutância estomática (gs) e potencial hídrico de antemanhã (Ψam) e entre gs e déficit de pressão de vapor entre folha e atmosfera (ΔW) em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico). Coeficientes de determinação seguidos de asterisco indicam análise de regressão significativa pelo teste F (P < 0,01); n = 30. potencial hídrico do solo (Figura 4b) e a fatores endógenos à planta como sinais químicos ou ABA (TARDIEU; SIMONNEAU, 1998) que às variações no ΔW (GIORIO et al., 1999; MORIANA et al., 2002; TOGNETTI et al., 2004; ROMERO; BOTÍA, 2006). Com relação ao acúmulo de solutos osmoticamente ativos no citoplasma, foi observado que as plantas de andiroba sob deficiência hídrica apresentaram incrementos significativos nos teores foliares de prolina, em torno de 60% (Figura 5a). Os teores de glicina- betaína foram maiores nas plantas estressadas (Figura 5b), cujos incrementos foram da ordem de 62% aos 15 dias e 112% 27 dias. Porém, nenhuma alteração significativa foi observada nos teores foliares de sacarose (Figura 5c); enquanto os CST foram sensivelmente 30 menores nas plantas estressadas, com valores 15% aos 15 dias e 25% aos 27 dias menores em relação às plantas irrigadas (Figura 5d). Comparativamente, um incremento na concentração de prolina foliar em plantas de acerola após 20 dias de déficit hídrico foi observado sob condições de campo (NOGUEIRA et al.; 2001). Em plantas jovens de paricá e guapuruvu submetidas a dois ciclos de deficiência hídrica, cada um de seis dias e Ψam reduzindo-se a -1,4 a -2,0 MPa, Carvalho (2005) demonstrou que o acúmulo de prolina foi sensivelmente maior sob condição de seca. Um expressivo aumento no teor de prolina (220%) foi evidenciado em mogno brasileiro sob Ψam de -3,5 MPa (CORDEIRO, 2007). Outros autores encontraram um significativo acúmulo de prolina em plantas de C. pyramidalis (SILVA et al., 2004), tomateiros (HANDA et al., 1986) e milho (ARRAZATE et al., 2005) quando submetidas à seca. A glicina- betaína é acumulada em várias espécies sob condições de estresse, principalmente o estresse salino e a seca. Acúmulo de glicina- betaína tem sido registrado em beterraba, espinafre, ervilha, trigo e sorgo e nessas espécies tem sido mostrado que os genótipos mais tolerantes acumulam maiores teores de glicina (WEIMBERG et al., 1984; FALLON; PHILLIPS, 1989; McCUE; HANSON, 1990; RHODES, HANSON, 1993; YANG et al., 2003). Por outro lado, a relação entre tolerância a estresse e acúmulo de glicina- betaína nem sempre é existente e há espécies que não produzem esse composto, como é o caso do arroz e do tabaco; porém, plantas transgênicas dessas espécies que expressem os genes responsáveis pela síntese de glicina- betaína passam a exibir maior tolerância à seca que as linhagens selvagens – não transformadas (RHODES, HANSON, 1993). Embora os potenciais osmóticos na turgescência plena e no ponto de plasmólise incipiente não tenham sido determinados neste experimento e, por essa razão, não seja assertivo a ocorrência de ajustamento osmótico nas condições hídricas testadas, é possível inferir que o acúmulo desses solutos em alta quantidade nas folhas das plantas estressadas possa ser relatado como um forte indício de que a andiroba utiliza esse mecanismo para melhorar a turgescência foliar. 31 Figura 5. Teores foliares de prolina (Pro, Fig. 5a), glicina- betaína (Gli-Bet, Fig. 5b), sacarose (Sac, Fig. 5c) e carboidratos solúveis totais (CST, Fig. 5d) em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico). Os dados representam a média de seis repetições + erro padrão. Letras maiúsculas e minúsculas diferentes denotam diferenças entre médias de plantas irrigadas e estressadas, respectivamente, comparadas em diferentes dias de avaliação; e médias seguidas de asterisco denotam diferenças significativas entre tratamentos comparados no mesmo dia de avaliação (Newman-Keuls, P < 0,05). Devido à redução da gs (Figura 2b) e provável diminuição da fotossíntese líquida sob condições de seca (GONÇALVES et al., 2009), uma desaceleração no crescimento das plantas estressadas foi evidente em comparação às plantas mantidas sob constante irrigação (Tabela 1). Portanto, no período de 27 dias de experimento, a altura e o diâmetro do caule das plantas irrigadas foram incrementados em 18,33 e 14,91%, respectivamente; muito superior aos incrementos observados para asas plantas sob seca, indicando que sob déficit hídrico o crescimento da parte aérea foi paralisado, conforme revisado por Kramer e Boyer (1995) e Kozlowski e Pallardy (1997). Para o mesmo período, foi observado que o número de folha e o de folíolo aumentou para as plantas irrigadas em 24,53 e 60,8% respectivamente, enquanto que para as plantas sob déficit hídrico as taxas foram negativa em 6,92 e 6,91 tanto para ganho de folha como para ganho de folíolos. Como consequência, a área foliar total nessas plantas foi reduzida em 28,81% (tabela 1). 32 A redução da área foliar total torna-se uma importante estratégia à medida em que reduz a superfície de transpiração da planta como um todo, corroborando para uma melhor manutenção do status hídrico da planta (KRAMER; BOYER, 1995; KOZLOWSKI; PALLARDY, 1997). Resultados similares foram observados em plantas jovens de mogno comparadas sob Ψam de -3,0 MPa, em que Cordeiro (2007) registraram uma diminuição no número de folhas (23%) e na área foliar total (50%) dessas plantas em relação às plantas irrigadas. Reduções significativas no número de folhas e na área foliar total foram também observadas em Anadenanthera macrocarpa e Acacia farnesiana (BARBOSA, 1991; BARROS; BARBOSA, 1995) e em plantas de café conilon submetidas à deficiência hídrica, DaMatta et al. (2003) demonstraram que a redução da área foliar total foi significativa para o clone 46, sensível à seca, e não-significativa para o clone 120, tolerante à seca, tendo sido tal redução apontada como estratégia de economia hídrica. Ao final do período experimental (Dia 27), não foi constatada diferença significativa entre tratamentos para o comprimento do sistema radicular (Tabela 1). Porém, em relação ao Dia 0, um incremento de 0,037 g g-1 dia-1 na taxa de crescimento relativo da massa seca de raízes foi observado para as plantas irrigadas, enquanto nas plantas sob déficit hídrico este incremento foi sensivelmente menor 0,028 g g-1 dia-1. Como para o mesmo período experimental a massa seca da parte aérea (folíolos + pecíolos + caule) das plantas irrigadas foi maior que para as plantas estressadas, uma maior razão raiz/parte aérea foi registrada nessas últimas (Tabela 2). Esses dados sugerem que a manutenção do crescimento do sistema radicular em andiroba, como observado para café conilon (PINHEIRO et al., 2005) e arábica (DIAS et al., 2007), aliada à diminuição do crescimento da parte aérea, foram importantes mecanismos morfológicos de resposta à seca. Tabela 1. Variação de crescimento percentual em plantas jovens de Carapa guianensis sob irrigação plena (Irrigado) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico), após 27 dias. DIA 0 Variável DIA 27 Irrigado Ganho (%) Def. Hidrico Ganho (%) Altura do caule (m) 0,76 ± 0,02 0,90 ± 0,04 18,33 0,77 ± 0,05 0,99 Diâmetro do caule (cm) 0,80 ± 0,03 0,92 ± 0,05 14,91 0,85 ± 0,06 6,45 Número de folhas (unidade) 13,25 ± 0,74 16,50 ± 1,89 24,53 12,33 ± 0,62 -6,92 Número de folíolos (unidade) 50,17 ± 2,96 80,67 ± 7,11 60,80 47,00 ± 2,98 -6,31 Área foliar total (m ) 0,27 ± 0,03 0,38 ± 0,04 42,58 0,19 ± 0,03 -28,81 Comprimento do sistema radicular (m) 45,38 ± 1,42 47,83 ± 2,08 5,42 45,85 ± 1,18 1,05 2 * Os dados referem-se às médias ± erro padrão (n = 6) 33 Tabela 2. Variação na Taxa de Crescimento Relativo em plantas jovens de Carapa guianensis após 27 dias, sob irrigação plena (Irrigado) e sob deficiência hídrica (Déficit hídrico). DIA 0 Variável Massa seca de folíolos (g) DIA 27 Irrigado -1 -1 TCR (g g dia ) Déf. Hid. TCR (g g-1 dia-1) 16,08 ± 1,67 27,75 ± 1,82 0,020 17,66 ± 1,24 0,003 Massa seca do caule e pecíolos (g) 23,21 ± 1,12 25,28 ± 2,67 0,003 19,22 ± 1,36 -0,007 Massa seca da parte aérea (g) 39,29 ± 2,74 53,03 ± 4,44 0,011 36,87 ± 2,26 -0,002 Massa seca de raízes (g) 12,23 ± 0,39 33,03 ± 4,06 0,037 26,02 ± 1,89 0,028 Massa seca total (g) 51,52 ± 2,83 86,06 ± 8,38 0,019 62,90 ± 3,49 0,007 Razão raiz/parte aérea 0,31 0,62 0,71 -- - * Os dados referem-se às médias ± erro padrão (n = 6) 34 4. CONCLUSÕES O déficit hídrico em plantas jovens de andiroba reduz fortemente o Ψam, gs e E indicando um eficiente controle estomático da transpiração nessa espécie; Os teores foliares de prolina e glicina-betaína foram maiores nas plantas sob deficiência hídrica, indicando uma possível ocorrência de ajuste osmótico nessa espécie; A diminuição da área foliar e a manutenção do crescimento do sistema radicular foram eficientes mecanismos morfológicos de resposta das plantas de andiroba ao déficit hídrico; Os mecanismos relacionados conferem a andiroba a capacidade de tolerar satisfatoriamente ao déficit hídrico imposto neste experimento. 35 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, A.C.; SOARES, J.V. Comparação entre uso de água em plantações de Eucalyptus grandis e floresta ombrófila densa (Mata Atlântica) na costa leste do Brasil. Revista Árvore, v. 27, p. 159-170, 2003. ARRAZATE, C.H.A; LÓPEZ, C.T.; CASTAÑEDA, C.L.; GALÁN, M.; VARELA, A.S.; GONZÁLES, F.C. 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