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Título: Mamona e pinhão-manso apresentam mecanismos contrastantes na eficiência fotossintética em condições de estresses abióticos
Título em inglês: Castor and jatropha contrasting mechanisms present in photosynthetic efficiency under conditions of abiotic stress
Autor(es): Lima Neto, Milton Costa
Orientador(es): Silveira, Joaquim Albenísio Gomes da
Palavras-chave: Bioquímica
Fotoproteção
Fotoquímica
Jatropha curcas
Ricinus communis
Salinidade
Data do documento: 2012
Citação: LIMA NETO, M. C. (2012)
Resumo: Plantas de pinhão-manso (Jatropha curcas) e de mamona (Ricinus communis) têm sido exploradas agronomicamente para fins de produção de biocombustíveis, principalmente em regiões secas e quentes do semiárido do nordeste brasileiro. Estas espécies são nativas de regiões tropicais e evoluíram em resposta às condições abióticas adversas como alta temperatura e luz, seca e salinidade. Neste trabalho, partimos da principal hipótese de que plantas jovens de Jatropha curcas e de Ricinus communis possuem respostas análogas de aclimatação da fotossíntese e nos mecanismos de fotoproteção em resposta às condições de estresses abióticos. Para isso, os principais objetivos deste trabalho foram conhecer, analisar, descrever e discutir as principais respostas da fotossíntese e os principais mecanismos de fotoproteção, como a dissipação de excesso de energia na forma de calor, fotorrespiração, drenos alternativos de elétrons e o metabolismo antioxidativo em plantas jovens de pinhãomanso e mamona submetidas à condições de estresses abióticos. Este trabalho foi divido em quatro capítulos. O capitulo I trata de uma revisão de literatura e estado da arte dos principais tópicos abordados ao longo do estudo. O capítulo II, na forma de artigo, teve como objetivo principal conhecer e discutir as principais respostas das trocas gasosas e fotoquímica dessas duas espécies em resposta a variações nas condições ambientais como o aumento de luz, concentração interna de CO2, déficit de pressão de vapor (DPV), temperatura foliar e ao longo de um dia típico em condições de uma região semiárida. Foi claramente demonstrado nesse estudo que plantas de R. communis, quando bem hidratadas, possuem uma maior eficiência fotossintética, dada principalmente pela sua alta taxa de transpiração e condutância estomática em comparação a plantas jovens de J. curcas. No entanto, em condição de seca, seja por suspenção de rega ou alto déficit de pressão de vapor, plantas jovens de J. curcas se mostraram mais eficientes na assimilação de CO2 quando comparadas com R. communis. Os dados demonstraram ainda que as duas espécies estudadas possuem diferentes respostas aclimatativas da fotossíntese sob condições estressantes ou ótimas durante a fase inicial de crescimento. O capítulo III teve como objetivo demonstrar as diferenças nas principais respostas aclimatativas dessas duas espécies em condição de seca e sua relação com a tolerância a esse estresse entre as duas espécies estudadas. Foi demonstrado que ambas as espécies apresentaram limitações estomáticas e metabólicas da fotossíntese em condição de seca, e que essas duas espécies apresentam diferentes respostas em termos de dissipação de excesso de energia e drenos alternativos de elétrons para aliviar a produção de espécies reativas do oxigênio no cloroplasto, prevenindo a foto-oxidação. As plantas de mamona são mais sensíveis à seca do que plantas jovens de pinhão manso. Além disso, o quenching não fotoquímico (NPQ) é um importante mecanismo para a tolerância à seca de J. curcas enquanto que R. communis por não possuir um NPQ tão eficiente necessita investir em outros drenos alternativos de elétrons para dissipar o excesso de energia. No quarto e último capítulo, foram avaliadas as respostas aclimatativas da fotossíntese de plantas jovens de pinhão manso e de mamona submetidas ao estresse salino. O tratamento salino imposto aumentou o dano de membrana apenas em folhas de pinhão-manso. O conteúdo de osmólitos orgânicos compatíveis aumentou em ambas as espécies expostas à salinidade. Plantas de mamona apresentaram, principalmente, restrições estomáticas da fotossíntese, devido à redução na pressão parcial interna de CO2 (Ci) e por não apresentar redução na atividade de Rubisco. No entanto, plantas de pinhão-manso expostas à salinidade apresentaram restrições estomáticas e metabólicas na fotossíntese, demonstrado pelo aumento do Ci e restrição na atividade de Rubisco. Plantas de mamona expostas à salinidade apresentaram maior assimilação de nitrato e maior fotorrespiração, comparada com plantas de pinhão-manso sob condição de estresse salino. No entanto, o pinhão-manso apresentou maior dissipação e excesso de energia na forma de calor (NPQ). Como conclusão, nossos dados sugerem que as duas espécies estudadas empregam diferentes mecanismos para dissipar o excesso de energia na cadeia transportadora de elétrons (CTE) do cloroplasto, prevenindo a fotoinibição e danos foto-oxidativos.
Abstract: Plants of Jatropha curcas and Ricinus communis have been exploited for agronomic production of biofuels, especially in hot and dry regions of semiarid at northeastern Brazil. These species are native to tropical and evolved in response to adverse abiotic conditions such as high temperature, drought, salinity and light. In this work, we start with the main hypothesis that saplings of Jatropha curcas and Ricinus communis have analogous mechanisms of acclimation of photosynthesis and photoprotection in response to abiotic stress conditions. For this, the main objectives of this work were to analyze, describe and discuss responses of photosynthesis and important photoprotection mechanisms such as dissipation of excess energy as heat, photorespiration, alternative electron sinks and antioxidant metabolism in young plants of physic nut and castor bean subjected to abiotic stress conditions. This work was divided into four chapters. The chapter I is a review of the literature and state of art of the main topics covered throughout the study. Chapter II, in the form of paper, aimed to meet and discuss the main responses of gas exchange and photochemistry of these two species in response to changes in environmental conditions such as increased lighting, internal CO2 concentration, vapor pressure deficit, leaf temperature and over a typical day in terms of a semiarid region. It has been clearly demonstrated in this experiment that R. communis plants, when well hydrated, have a higher photosynthetic efficiency given mainly by its high transpiration rate and stomatal conductance compared to young plants of J. curcas. However, in dry condition, by watering suspension or high DPV, J. curcas young plants are more efficient in CO2assimilation compared with R. communis. The data showed that the two species have different responses of photosynthesis under optimal or stressful conditions during the early growth stages. Chapter III aimed to demonstrate the differences in the main responses of these two species under drought conditions and its relation to stress tolerance between the two studied species. It has been shown that both species showed stomatal and metabolic limitations of photosynthesis under drought conditions. And that these two species showed different responses in terms of excess energy dissipation and alternative electron sinks of CTE to alleviate the chloroplast ROS production, preventing photo-oxidation. In addition, it has been shown that castor bean plants are more sensitive to drought than J. curcas. Moreover, the NPQ is an important mechanism for drought tolerance of J. curcas whereas R. communis for not having a so efficient NPQ need to invest in other alternative electron sinks to dissipate the excess energy. In the fourth and final chapter, we evaluated the responses of photosynthesis of J. curcas and R. commnuis young plants exposed to salt stress. The salt treatment increased membrane damage only in leaves of J. curcas. The content of organic compatible osmolytes increased in both species exposed to salinity. Castor bean plants had mainly stomatal limitations of photosynthesis due to fall in Ci and by the maintaining in Rubisco activity. However, J. curcas plants exposed to salinity showed stomatal and metabolic restrictions on photosynthesis, demonstrated by the increase in Ci and a drop in Rubisco activity. Castor bean plants exposed to salinity showed higher nitrate assimilation and photorespiration, compared with J. curcas plants under salt stress condition. However, J. curcas had higher dissipation and excess energy as heat (NPQ). In conclusion, our data suggest that both species employ different mechanisms to dissipate excess energy in the CTE of the chloroplast, preventing photoinhibition and photo-oxidative damage.
Descrição: LIMA NETO, Milton Costa. Mamona e pinhão-manso apresentam mecanismos contrastantes na eficiência fotossintética em condições de estresses abióticos. 2012. 126 f. Tese (Doutorado em bioquímica)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2012.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18720
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