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Título: Droughtyrus: preliminary characterization of the physiological responses of ten Lathyrus genotypes to water deficit
Autor: Silvestre, Susana Margarida Duarte, 1988-
Orientador: Silva, Jorge Miguel Luz Marques da, 1965-
Araújo, Susana de Sousa
Palavras-chave: Produção agrícola
Leguminosas
Lathyrus
Stress hídrico
Genótipo
Teses de mestrado - 2011
Issue Date: 2011
Resumo: As leguminosas do género Lathyrus têm grande potencial agronómico não só como espécies produtoras de grão mas também como forrageiras. Salienta-se o Lathyrus sativus considerada como a principal cultura e fonte de proteína vegetal de populações de regiões áridas, nomeadamente por ser a única espécie capaz de crescer em tais condições. No entanto, esta espécie acumula uma neurotoxina (um aminoácido não proteico β-ODAP) cuja acumulação em organismos animais resulta em paralisias irreversíveis. Embora alguns estudos tenham demonstrado uma relação entre o teor em β-ODAP e as respostas ao deficit hídrico, ainda existe um desconhecimento da sua verdadeira função nas plantas. Neste trabalho foram utilizados vários genótipos do género Lathyrus, entre eles L. aphaca (L375), L. cicera (L94), L.s clymenum (L388), L. latifolius (L563), L. ochrus (L313), L. odoratus (L17-1), L. sativus (L174-A) and L. sylvestris (L531). Todos eles cedidos pelo Centro de Recursos Fitogenéticos (CRF/INIA), Madrid, Spain pelo Professor Diego Rubiales (IAS-CSIC, Córdoba, Spain). L. sativus (LS 87124), uma variedade com baixas concentrações de β-ODAP (0,02%), e L. sativus (Raipur), uma variedade da região de Raipur na India e descrito como tendo concentrações altas de -ODAP (0,54%) foram obtidas pelo Professor Lambein (IPBO, Ghent, Belgium). Foram usadas dez plantas para cada um dos dez genótipos de Lathyrus sp. caracterizadas em condições de irrigação não-limitante e em condições de deficit hidrico. L. sylvestris e L. sativus (LS 87124) foram as excepções que, por terem mostrado baixas taxas de germinação de 13% e 21% respectivamente, foram representadas apenas por duas e oito plantas respectivamente. Durante o tempo de crescimento, que durou 3 meses e meio, em estufa, as plantas foram regadas sempre que necessário. A caracterização dos genótipos em condições de irrigação não limitante foi baseada em medições do teor hídrico relativo das plantas (na sigla inglesa RWC), das taxas de evapotranspiração, da clorofila (determinação pelo SPAD), da reflectância foliar e medições da cinética rápida de indução de fluorescência da clorofila a. As condições de stress por deficit hídrico foram induzidas pela supressão da rega a cinco das dez plantas por cada genótipo, em que o último dia de rega, considerado como o dia zero, marca o início deste período. O estudo das respostas fisiológicas correspondentes a este período foi baseado na análise do teor hídrico relativo das plantas, do conteúdo hídrico do solo (na sigla inglesa SWC), da reflectância foliar e da fluorescência da clorofila a. Em condições de irrigação não limitante o teor hídrico relativo das plantas mostrou-se alto com valores entre 85,8% (± 6,0) a 94,0% (± 5,1), em que as diferenças entre genótipos eram mínimas excepto entre L. cicera (88,4% ± 2,7) e L. odoratus (92,5% ± 4,2). Nas taxas de evapotranspiração (massa de água (g) perdida por hora para cada planta envasada, g H2O.h-1) L. clymenum mostra a maior taxa na ordem dos 1,327 gH2O.h-1 (± 0,356) ao contrário de L. aphaca (0,580 g H2O.h-1 ± 0,092) e de L. latifolius (0,556 g H2O.h-1 ± 0,091). Todos os genótipos de L. sativus mostraram também elevadas taxas de evapotranspiração, sugerindo uma menor adaptação a possíveis cenários de aridez. A análise fotoquímica foi realizada através da medição da cinética rápida de indução da fluorescência da clorofila a, que resulta numa série de parâmetros que traduzem a performance do aparelho fotossintético da planta em várias situações. Estes incluem o rendimento quântico máximo do fotossistema II (Fv/Fm) e o índice de performance (com a single inglesa PI), que reflecte a funcionalidade de ambos os fotossistemas e transmite uma informação quantitativa do desempenho da planta em condições de stress. Incluem ainda a área complementar (na sigla inglesa CAREA) entre a curva de indução de fluorescência e o valor de fluorescência máximo, que nos dá uma medida do tamanho do pool de quinonas aceitadoras de electrões (na sigla inglesa QA) do fotossistema II. Com valores mais elevados de Fv/Fm destacam-se L. sativus (L174-A) (0,827 ± 0,012) e L. cicera (0,823 ± 0,015). Por outro lado L. ochrus e L. latifolius apresentam os menores valores com 0,792 (± 0,034) e 0,791 (± 0,066), respectivamente. Em termos de PI podemos agrupar os genótipos em três classes distintas: L. sativus (L174-A) (3,570 ± 1,144), L. cicera (3,053 ± 1,221) e L. latifolius (3,165 ± 2,028) com valores mais altos; L. clymenum (2,506 ±0,883), L. odoratus (2,297 ±0,671) e L. sylvestris (2,704 ±0,978) pertencentes a um grupo intermédio, enquanto que com valores mais baixos encontram-se L. sativus (LS 87124) (3,570 ± 1,144), L. sativus (Raipur) (2,225 ± 1,150) e L. ochrus (1,613 ± 0,768). Em relação à CAREA L. sativus (L174-A) (44983 ± 10457) e L. ochrus (24085 ± 10683) seguem o mesmo padrão observado para Fv/Fm e PI, enquanto que todos os restantes genótipos mostraram valores intermédios. A partir da medição da reflectância foliar foram calculados quatro índices de reflectância, o índice de reflectância hídrico (na sigla inglesa WRI) relacionado com o conteúdo hídrico foliar, o normalized difference vegetation index (NDVI) usado como estimativa indirecta da capacidade fotossintética e da produção primária. O índice de reflectância fotoquímico (na sigla inglesa PRI) relacionado com processos de dissipação de excesso de radiação e também o índice de conteúdo de clorofila (na sigla inglesa CHLI) permitindo uma estimativa da concentração de clorofila de forma não destrutiva. Para todos estes índices o genótipo L. sylvestris destacou-se pelos seus altos valores, embora nos casos do NDVI e PRI seja acompanhado por L. cicera (0,826 ± 0,042 and 0,034 ± 0,007, respectivamente) e para o WRI por L. sativus (Raipur) (1,00 ± 0,01). Nos índices CHLI e NDVI destacam-se L. ochrus (2,06 ± 0,66 and 0,584 ± 0,252, respectivamente) e L. aphaca (2,14 ± 0,53 and 0,682 ± 0,201, respectivamente). Para PRI L. ochrus (0,007 ± 0,020) é acompanhado por L. latifolius (0,017 ± 0,019) e para o caso de WRI apenas L. aphaca (1,00 ± 0,01) apresenta os valores mais baixos. A medição da clorofila pelo SPAD resultou na definição de três grupos e mostrou-se em conformidade com o CHLI, validando-se não só os métodos entre si mas também às diferenças estabelecidas entre genótipos. Para o estudo das respostas a condições de deficit hídrico definiu-se um ponto máximo de stress por deficit hídrico (na sigla inglesa PMWS) a partir do qual as plantas foram novamente regadas, a definição deste ponto foi feita inicialmente com base na avaliação do RWC até aos 30% fazendo com que alguns dos genótipos atingissem níveis de stress severo a partir dos quais não houve recuperação. Posto isto a avaliação do PMWS foi feita com o auxílio do Fv/Fm para valores iguais ou inferiores a 0,75. A análise dos valores de fluorescência no PMWS mostram diferenças significativas quando comparadas com os valores de controlo. Tendo em conta os baixos valores de PI registados para este ponto podemos ver que para todos os genótipos estudados o stress imposto foi bastante severo resultando não só em danos significativos no sistema fotossintético mas também na perda de vitalidade das plantas. Para todos os genótipos estudados o Fv/Fm mantém-se estável mostrando valores semelhantes aos de controlo para RWC relativos a um stress hídrico moderado (acima dos 70%). Nos casos de stress severo em que o RWC atinge valores iguais ou inferiores a 30% há um decréscimo acentuado do Fv/Fm. Nos casos do PI e da CAREA o decréscimo dos seus valores é gradual acompanhando o do RWC, até que mais uma vez atingindo-se os 30% de RWC verifica-se uma diminuição acentuada. Quanto à reflectância foliar os índices calculados não mostraram resultados significativos, não permitindo uma conclusão sobre a sua relação com o RWC. Os genótipos L. sativus (L174-A) e L. sativus (Raipur) destacaram-se pela sua performance ao longo do decréscimo do RWC, mesmo em classes de stress severo variando entre os 40% e 20% de RWC. Esta performance é destacada pela manutenção de valores significativos de Fv/Fm, PI e CAREA. Estes resultados dão-nos a confirmação fisiológica da tão reconhecida resistência destas espécies de cultura em zonas áridas. No entanto estudos adicionais são necessários de forma a estabelecer uma linha de base na selecção dos genótipos mais apropriados para cultivo em regiões em que a seca é um problema grave e recorrente.
Some species of the Lathyrus genus are important local legume crops providing proteins where products of animal origin are unavailable. Furthermore, some of them are drought resistant rendering them appropriate for areas were irrigation is not available. Nevertheless, the mechanisms underlying water deficit stress resilience of these species are not fully understood, and thereby the main objectives of this work were the characterization of ten Lathyrus sp. genotypes both in well watered conditions and in water deficit stress. Genotypes studied included L. aphaca (L375), L. cicera (L94), L. clymenum (L388), L. latifolius (L563), L. ochrus (L313), L. odoratus (L17-1), , L. sylvestris (L531), L. sativus (L174-A), L. sativus (LS 87124) and L. sativus (Raipur). Ten plants for each genotype were grown in a greenhouse for 3 ½ months and were watered whenever necessary. Characterization plant and soil water status was performed by the assessment of soil water content (SWC), relative water content (RWC) and evapotranspiration rate. Chlorophyll content (SPAD), foliar reflectance and chlorophyll a fluorescence were used to characterize the photochemical performance. Results shows that at well watered conditions L. sativus (L174-A), L. sativus (LS 87124) and L. sativus (Raipur) have high evapotranspiration rates. Concerning Fv/Fm measurements all genotypes presented values close to 0.8, with the higher values showed by L. sativus (L174-A) (0.827 ± 0.012) and the lowest presented by L. ochrus (0.792 ± 0.034) and L. latifolius (0.791 ± 0.066). Again L. sativus (L174-A) along with L. cicera and L. latifolius showed higher Performance Index (PI) in contrast with both L. sativus (LS 87124) and L. sativus (Raipur). Reflectance indices showed L. sylvestris with the best performance results. All genotypes showed resistance to mild water stress, maintaining unaltered values of physiological parameters until RWC decreases to 60 – 70%. At severe water stress (20 to 30% RWC) two genotypes L. sativus (L174-A) and L. sativus (Raipur) showed remarkable resilience preserving the functionality of both photosystems and maintaining the PS II efficiency. The foliar reflectance measured had no conclusive results.
Descrição: Tese de mestrado. Biologia (Biologia Celular e Biotecnologia). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011
URI: http://hdl.handle.net/10451/6398
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