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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR Laboratório de Metabolismo do Estresse de Plantas TOLERÂNCIA DO FEIJÃO CAUPI À SALINIDADE DO SOLO Joaquim Albenísio Gomes da Silveira VI RENAC, MAIO 2006
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Solos salinos no mundo A salinidade é o principal processo de degradação do solo, ocasionando a perda de 1,5 milhões de hectares de terras aráveis por ano (FAO, 2000)
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Solos sódicos no mundo Irrigados: 260 Milhões de ha
Afetados: 80 Milhões de ha
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52% da região é semi-árida Solos sódicos (20-5%)
Ministério do Meio Ambiente (2003)
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Solos salinos Salinização Pedogenética (Oliveira, 1997): Ligeiramente salinos: 2 – 4; Moderadamente salinos: 4 – 8; Fortemente salinos: 8 – 15; Extremamente salinos: >15 dS m-1 Salinização secundária (aumento progressivo nos níveis de sais em função de): Salinidade da água de irrigação; Evapo-transpiração elevada e baixa precipitação; Má drenagem do solo; Adubação
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UM POUCO DA TEORIA DO ESTRESSE......
Fonte: Bray et al., 2000
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Transientes (Metabólicas) Permanentes (Genéticas)
AS PLANTAS TENTAM SE AJUSTAR AO ESTRESSE DE DIFERENTES MANEIRAS Transientes (Metabólicas) Permanentes (Genéticas) Mecanismos Genéticos Moleculares Morfológicos Fisiológicos Aclimatação Adaptação Tolerância Resistência
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EXISTE UM PARADIGMA (Fonte: Buchanan et al., 2000)
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Mecanismos de resposta aos estresses hídrico e salino
Zhu, 2002
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Mecanismos gerais da resistência ao estresse salino
Evitar os íons salinos externos → ↓absorção ↓crescimento Evitar os íons salinos no citosol → ↑ compartimentalização vacuolar Absorver íons e crescer → ↑resistência celular Manter homoestase iônica, osmótica e metabólica Manter estado hídrico favorável → ↑ condutividade hidráulica ↑ resistência estomática ↑ sistema radicular
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Absorção de K+ e Na+ AKT1-Baixa-afinidade K+ HKT1-Alta-afinidade K+
Apse, 2000 AKT1-Baixa-afinidade K+ HKT1-Alta-afinidade K+ VIC-Insensível a voltagem NORK-Sensível a voltagem Membrana Plasmática SOS1
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Compartimentalização de Na+ em vacúolos
Tonoplasto NHX1 NHX1 – promove a compartimentalização do Na+ no vacúolo Maathuis, 1999
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Durante o estresse salino
Homoestase iônica Durante o estresse salino - Redução na absorção de K+ - Aumento no influxo de Na+ Serrano, 2001
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Influxo e compartimentalização de Na+
H+ Maathuis, 1999
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Mecanismos da Percepção, transdução e eliminação do Na+
Fonte; Zhu
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RESULTADOS COM FEIJÃO - CAUPI
I – EM QUAL FASE DO DESENVOLVIMENTO O FEIJÃO É MAIS SENSÍVEL À SALINIDADE? II – QUAL É O TIPO DE RESPOSTA AO NaCl? III – QUAIS OS EFEITOS DO NaCl SOBRE PROCESSOS FISIOLÓGICOS CHAVES PARA O CRESCIMENTO? IV – QUAIS AS ESTRATÉGIAS PARA SELECIONAR MATERIAIS RESISTENTES?
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ESTUDOS NAS FASES DE GERMINAÇÃO E ESTABELECIMENTO DA PLÂNTULA
0 mM Pit Per 25 mM 50 mM 75 mM 100 mM
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36 horas 48 horas
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Seleção de cultivares em substrato sólido
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Resposta a 100 mM Perola Pitiúba
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Desenvolvimento inicial
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Resposta a 100 mM aplicado em vermiculita na fase de semeio
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Resposta a doses de NaCl aplicadas após o estabelecimento da plântula
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Após pré-tratamento com NaCl
Pré-tratadas com naCl 100 mM 48h controle
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Após tratamento com seca moderada (48h) e recuperação
EFEITOS ADITIVOS E INTERATIVOS DE TRATAMENTOS DE SECA E NaCl NA RESPOSTA ANTIOXIDATIVA DE RAÍZES DE FEIJÃO-DE-CORDA [Vigna unguiculata L. (Walp.)] 2cm NaCl+seca Após tratamento com seca moderada (48h) e recuperação 2cm controle 2cm seca 2cm NaCl+ H 2 O
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Efeito do NaCl na germinação e acumulação de Na+
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Mobilização de reservas para o estabelecimento da plântula e partição de Na+
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Efeito do NaCl na fase de crescimento acelerado
Fase de estabelecimento definitivo da planta
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Plantas expostas a 0, 100 e 200 mM de NaCl durante 7 dias em condições controladas
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Plantas expostas ao NaCl durante 14 dias
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Sistema radicular após 7 dias
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Folhas com a mesma idade cronológica
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As cultivares pérola (A) e pitiúba (B) em condições de campo
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As duas cultivares após 14 dias de tratamento
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200 mM recup. cont
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Efeito de NaCl 100 mM no crescimento
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Partição de Na+
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Partição de Cl-
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Efeitos do NaCl sobre processos bioquímicos e fisiológicos chaves:
Fotossíntese Relações hídricas Assimilação do N Fixação de N2 Estresse Oxidativo Homoestase iônica (seletividade Na+/K+) Expressão de proteínas (proteomas)
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Sistema de hidroponia
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Plantas em fase inicial de aclimatação
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Plantas com 21 DAP com ou sem 50 mM
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Plantas em processo de recuperação da taxa de crescimento (32 DAP)
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Planta com intensa taxa de crescimento
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Plantas em fase de pré-floração com intensa recuperação
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Plantas tratadas com NaCl exibem verde intenso
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Sistema radicular em recuperação
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Sistema radicular em recuperação – 35 DAP
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Parte aérea em recuperação após 32 dias de tratamento
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Plantas para experimento com nodulação
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Influência da dose de “arranque” de N mineral
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Efeito de 50 mM de NaCl no desenvolvimento de caupi inoculada ou tratada com NO3-
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Cultivar Vita 3 – 15 DAS
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Cultivar Vita 7 – 15 DAS
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Efeito do NaCl em plantas inoculadas e tratadas com N mineral
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Crescimento, fotossíntese e potencial hídrico
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Eficiência fotoquímica, assimilação de nitrato e fixação de N2
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Resposta oxidativa induzida por NaCl
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Atividade de SOD e concentração de H2O2
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Atividades de POX e APX
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CONCLUSÕES O feijão-caupi pode ser considerado como uma espécie resistente ao NaCl – como base no critério de sobrevivência; Para sobreviver, a espécie utiliza a estratégia de evitar o excesso de sal, restringindo a absorção, o fluxo de água e, consequentemente, o crescimento; As plantas são capazes de tolerar altos níveis de NaCl, mantendo o estado hídrico (altos potenciais) e o aparato fotossintético preservados; As plantas não são capazes de fazer ajustamento osmótico, aparentemente regulando o estado hídrico por aumento da condutividade hidráulica das raízes e diminuição na condutância estomática; O processos de absorção e assimilação do nitrato estão fortemente relacionados com o crescimento; A fixação de N2 é menos afetada pelo NaCl do que o processo de fotossíntese; A resposta oxidativa induzida por NaCl sugere que os danos oxidativos não são importantes per si na redução do crescimento; O feijão é mais sensível ao NaCl na fase de estabelecimento definitivo da planta – formação do índice de área foliar para a fotossíntese.
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Equipe Labplant Prof. Dr. Joaquim Albenísio Gomes da Silveira – Bolsista de produtividade do CNPq Iza Marineves Almeida da Rocha (DCR - CNPq) Fábio Rossi Cavalcanti (DCR – CNPq/Funcap) Eduardo Luiz Voigt (Doutorando - CNPq) Luiz Aguiar Ferreira Gomes (Doutorando) Theresa Christine Filgueiras Russo (Doutoranda - Funcap) João Paulo Matos Santos Lima (Doutorando - CNPq) Sérgio L. Ferreira da Silva (Doutorando - CAPES) Josemir Moura Maia (Doutorando - CNPq) João Batista S. Freitas (Doutorando) Jean Carlos Araújo Brilhante (Mestrando - CNPq) Sandro A. Marinho Araújo (Mestrando - Funcap) Flávia Carinne Furtado (I.C - CNPq) Antonio Rafael Coelho Jorge (I.C - CNPq) Francisco Abel Lemos Alves (I.C - CNPq) Geórgia Barguil Colares (I.C - voluntária)
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