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

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)

Solos sódicos no mundo Irrigados: 260 Milhões de ha Afetados: 80 Milhões de ha http://www.fao.org/ag/AGL/agll/spush/topic2.htm

52% da região é semi-árida Solos sódicos (20-5%) Ministério do Meio Ambiente (2003)

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

UM POUCO DA TEORIA DO ESTRESSE...... Fonte: Bray et al., 2000

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

EXISTE UM PARADIGMA........ (Fonte: Buchanan et al., 2000)

Mecanismos de resposta aos estresses hídrico e salino Zhu, 2002

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

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

Compartimentalização de Na+ em vacúolos Tonoplasto NHX1 NHX1 – promove a compartimentalização do Na+ no vacúolo Maathuis, 1999

Durante o estresse salino Homoestase iônica Durante o estresse salino - Redução na absorção de K+ - Aumento no influxo de Na+ Serrano, 2001

Influxo e compartimentalização de Na+ H+ Maathuis, 1999

Mecanismos da Percepção, transdução e eliminação do Na+ Fonte; Zhu 2003.

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?

ESTUDOS NAS FASES DE GERMINAÇÃO E ESTABELECIMENTO DA PLÂNTULA 0 mM Pit Per 25 mM 50 mM 75 mM 100 mM

36 horas 48 horas

Seleção de cultivares em substrato sólido

Resposta a 100 mM Perola Pitiúba

Desenvolvimento inicial

Resposta a 100 mM aplicado em vermiculita na fase de semeio

Resposta a doses de NaCl aplicadas após o estabelecimento da plântula

Após pré-tratamento com NaCl Pré-tratadas com naCl 100 mM 48h controle

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

Efeito do NaCl na germinação e acumulação de Na+

Mobilização de reservas para o estabelecimento da plântula e partição de Na+

Efeito do NaCl na fase de crescimento acelerado Fase de estabelecimento definitivo da planta

Plantas expostas a 0, 100 e 200 mM de NaCl durante 7 dias em condições controladas

Plantas expostas ao NaCl durante 14 dias

Sistema radicular após 7 dias

Folhas com a mesma idade cronológica

As cultivares pérola (A) e pitiúba (B) em condições de campo

As duas cultivares após 14 dias de tratamento

200 mM recup. cont

Efeito de NaCl 100 mM no crescimento

Partição de Na+

Partição de Cl-

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)

Sistema de hidroponia

Plantas em fase inicial de aclimatação

Plantas com 21 DAP com ou sem 50 mM

Plantas em processo de recuperação da taxa de crescimento (32 DAP)

Planta com intensa taxa de crescimento

Plantas em fase de pré-floração com intensa recuperação

Plantas tratadas com NaCl exibem verde intenso

Sistema radicular em recuperação

Sistema radicular em recuperação – 35 DAP

Parte aérea em recuperação após 32 dias de tratamento

Plantas para experimento com nodulação

Influência da dose de “arranque” de N mineral

Efeito de 50 mM de NaCl no desenvolvimento de caupi inoculada ou tratada com NO3-

Cultivar Vita 3 – 15 DAS

Cultivar Vita 7 – 15 DAS

Efeito do NaCl em plantas inoculadas e tratadas com N mineral

Crescimento, fotossíntese e potencial hídrico

Eficiência fotoquímica, assimilação de nitrato e fixação de N2

Resposta oxidativa induzida por NaCl

Atividade de SOD e concentração de H2O2

Atividades de POX e APX

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.

Equipe Labplant Prof. Dr. Joaquim Albenísio Gomes da Silveira – Bolsista de produtividade do CNPq (silveira@ufc.br) 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) www.labplant.ufc.br