Respostas fisiológicas e metabólicas frente a estresses em Eucalyptus Grandis X E. Urophylla e Araucaria Anfustifolia

Abstract

O conhecimento sobre os mecanismos e a modulação de respostas de estresse em plantas arbóreas é necessário para a exploração sustentável destas importantes fontes de produtos de interesse industrial, também essenciais do ponto de vista ecológico, na regulação do clima e caracterização de diferentes biomas. Nesta tese, foram investigados dois exemplos de estresse em indivíduos jovens de espécies arbóreas, sendo um de uma gimnosperma frente a estresse biótico e outro de uma angiosperma submetida a estresse abiótico: controle da produção de resina por ferimento e moléculas sinalizadoras em Araucaria angustifolia (Bertol.) Kuntzee respostas fisiológicas de um híbrido comercial de eucalipto (Eucalyptus grandis W. Hill X E. urophylla S.T. Blake) à elevação de CO2 e temperatura tendo como fonte de nitrogênio nitrato. No primeiro caso a hipótese testada foi de que a conífera basal A. angustifolia apresentaria controles de regulação distintos de coníferas mais avançadas, como Pinus spp. No segundo caso, a hipótese testada foi de que, sob temperatura ambiente moderada, haveria limitação no uso do excedente de CO2 pelas plantas C3, devido a dificuldades na assimilação de nitrogênio por falta de poder redutor, situação que seria parcialmente compensada por fotorrespiração sob alta temperatura sem restrição hídrica, devido à recuperação da disponibilidade de ácidos orgânicos, poder redutor e consequente assimilação do nitrato. No caso da produção de resina em araucária, a metodologia envolveu basicamente a remoção de acículas (ferimento) e a aplicação de moléculas estimuladoras e sinalizadoras de exsudação de resina conhecidas para Pinus elliottii, espécie mais derivada e de uso comercial, seguida do monitoramento do volume de resina produzido, bem como análise de sua composição por CG-MS. Já para o efeito da elevação de CO2 e temperatura em eucalipto, foram avaliados tratamentos em câmara de crescimento Conviron incluindo condições controle (25 ºC, 379 ppm CO2), elevado CO2 (EC, 730 ppm CO2, 25 ºC), elevada temperatura (ET, 30ºC, 379 ppm CO2) e a combinação destes(EC+ ET, 30ºC, 730 ppm CO2). Monitorou-se parâmetros de crescimento, parâmetros fotossintéticos e de fluorescência da clorofila, bem como o teor de carboidratos, fenólicos, antocianinas, proteínas solúveis e a atividade de nitrato redutase. No que tange à produção de resina em araucária, a hipótese foi refutada, tendo sido verificado que moléculas sinalizadoras típicas para produção de resina em Pinus também foram ativas em araucária, destacando-se etileno, jasmonato e ácido salicílico. Além disso, verificou-se pela primeira vez modulação de produção de resina por nitroprussiato de sódio, um precursor de óxido nítrico. No caso das respostas de eucalipto a simulação de cenários climáticos futuros com fonte oxidada de nitrogênio, os principais resultados foram o melhor desempenho fotossintético e o maior crescimento em plantas sob ET ou EC+ET, parcialmente apoiando a hipótese de que a falta de poder redutor limita o aproveitamento de CO2 por plantas C3 sob condições não condutivas à fotorrespiração, indicando, portanto, a possibilidade de uma resposta compensatória da alta temperatura em relação às dificuldades de assimilação de nitrato, particularmente sob alto CO2 em cenários climáticos futuros.

Understanding the mechanisms and the modulation of stress responses in trees is needed for sustainably exploring these important sources of products of commercial interest, which are also essential from an ecological viewpoint, in climate regulation and by characterizing different biomes.In this thesis, two examples of stresses on tree plantlets were investigated, one involving a gymnosperm under biotic stress and the other an angiosperm facing abiotic stress: control of resin production upon wounding and by signaling molecules in Araucaria angustifolia (Bertol.) Kuntze, and physiological responses of a commercial hybrid of eucalypt (Eucalyptus grandis W. Hill X E. urophylla S.T. Blake) having nitrate as sole N source to high CO2 and heat. In the first case, the hypothesis tested was that the basal conifer A. angustifolia would show regulatory controls diverse from those of more advanced conifers, such as Pinus spp. In the second case, it was tested the hypothesis that under moderate temperature there would be a limitation in the use of excess CO2 by C3 plants due to difficulties in assimilating nitrogen as a result of low reducing power, a situation that could be partly compensated by photorespiration under high temperature and no water restriction, because of a recovery of organic acid availability, reducing power, and consequent nitrate assimilation. In the case of araucaria resin, the methodology consisted in removing needles (wounding) and applying stimulatory and/or signaling molecules of resin exudation know to operate in Pinus elliottii, a more derived species used commercially, followed by monitoring the volume of resin yielded, as well as its composition by GC-MS. For the study of the effect of CO2 elevation and high temperature in eucalypt, the treatments evaluated in a Conviron growth chamber were control conditions (25ºC, 379 ppm CO2) elevated CO2 (EC, 730 ppm CO2, 25ºC), elevated temperature (ET, 30ºC, 379 ppm CO2), and combination of these last two conditions (EC+ ET, 30ºC, 730 ppm CO2). Several indicators were monitored, including: growth and photosynthetic parameters, chlorophyll fluorescence, as well as the content of carbohydrates, phenolics, anthocyanins, soluble proteins, and nitrate reductase activity. With regards to the production of resin in araucaria, the hypothesis was rejected, since signaling molecules, typical stimulators of resin in Pinus, were also active in araucaria, particularly ethylene, jasmonate and salicylic acid. Besides, for the first time, it was shown that resin production could be modulated by sodium nitroprussiate, a precursor of nitric oxide. As far as eucalypt responses to simulations of future climate scenarios under a nitrate-only source of nitrogen, the main results were the better photosynthetic performance and growth of plants under ET and EC+ET, partially supporting the hypothesis that the lack of reducing power limits the benefit and effective use of CO2 by C3 plants under conditions not leading to photorespiration. Thereby, this indicates the possibility of a compensatory response of high temperature to overcome the difficulties of nitrate assimilation, particularly under high CO2in future climate scenarios.