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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/43403| Tipo: | Tese |
| Título : | Assimilação de nitrogênio e ajustamento osmótico em plantas noduladas de feijão-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walp] submetidas ao estresse hídrico |
| Autor : | Costa, Roberto Cezar Lobo da |
| Tutor: | Silveira, Joaquim Albenísio Gomes da |
| Palabras clave : | Bioquímica;Fisiologia Vegetal;Feijão-de-corda |
| Fecha de publicación : | 1999 |
| Citación : | COSTA, Roberto Cezar Lobo da. Assimilação de nitrogênio e ajustamento osmótico em plantas noduladas de feijão-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walp] submetidas ao estresse hídrico. 1999. 249 f. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 1999. |
| Resumen en portugués brasileño: | A despeito da importância das leguminosas cultivadas no suprimento de proteínas vegetais para o homem e outros animais, a partir da reciclagem do N proveniente do N2da atmosfera, praticamente não existe trabalhos sobre a fisiologia da nutrição nitrogenada dessas leguminosas noduladas na presença de nitrato e sob condições de déficit hídrico. Neste contexto, o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de esclarecer aspectos relacionados com alguns efeitos e mecanismos do estresse hídrico sobre a assimilação de nitrato e a fixação simbiótica de N2, relacionado com mecanismos de ajustamento osmótico, em plantas noduladas de [Vigna unguiculata (L.) Walp]. Foram conduzidos três experimentos em condições de casa de vegetação, próximas daquelas naturais, no período de setembro à novembro, em Fortaleza, Ceará. As plantas de feijão-de-corda, cultivares Vita 3 e Vita 7, foram inoculadas com a estirpe CB-756 de Rhizobium spp., na presença ou ausência de 5 mM de NO-3,em vasos de Leonard modificados contendo uma mistura de sílica : vermiculita 1 : 2 (v/v) e irrigados com solução nutritiva por aspersão capilar. O estresse hídrico foi introduzido aos 28 dias após emergência (fase vegetativa, início do crescimento exponencial), através da suspensão da irrigação durante 4 (experimentos 1 e 2 ) ou 3 (experimento 3 ) dias consecutivos, seguido de reirrigação por dois dias, nos dois primeiros experimentos. Plantas noduladas de feijão-de-corda apresentaram boa adaptação ao déficit de água e excelente recuperação à reidratação. A integridade do aparelho fotossintético, em termos das concentrações de clorofilas, foi pouco alterada pelo estresse hídrico. Os nódulos e em menos intensidade as folhas foram as partes mais severamente afetada pelo estresse hídrico. As folhas foram menos afetadas pelo estresse do que os nódulos em termos da manutenção do balanço proteínas/fitomassa. A adaptação ao déficit hídrico da cultivar Vita 7 foi mostrada pelo incremento no crescimento das raízes e reduções drásticas na acumulação de massa seca da parte aérea. As plantas de feijão-de-corda mostraram um intenso e rápido acúmulo de prolina livre, particularmente nas raízes, em resposta às pequenas reduções na disponibilidade hídrica, provavelmente como um mecanismo de ajustamento osmótico. Imediatamente após a reidratação ocorreu um intenso decréscimo nas concentrações de prolina. As concentrações de aminoácidos livres totais e ureídeos foram aumentadas intensamente, em função do déficit de água, enquanto que a composição relativa e as concentrações dos aminoácidos totais nas folhas não sofreram alterações. A biossíntese de prolina nas folhas foi provavelmente relacionada com os aumentos na atividade de glutamina sintetase, induzidos pelo déficit hídrico. O processo de redução assimilatória de nitrato, mensurado através da atividade de redutase de nitrato (aRN) e acúmulo de nitrato nos tecidos, foi drasticamente reduzido, nas folhas, por efeito do estresse hídrico. Entretanto, as plantas estressadas exibiram uma recuperação intensa na atividade da redutase do nitrato e promoveram intensa redução nas concentrações de NO-3 em raízes, caules e folhas, decorridas 24 horas após a reidratação. Ao contrário, a atividade da redutase do nitrato nos nódulos não foi afetada pelo estresse, sugerindo o predomínio da enzima do tipo constitutiva nesses tecidos, em relação ao tipo induzível pelo nitrato, predominante nas folhas. O processo de fixação simbiótica de N2, avaliado a partir do crescimento dos nódulos, atividade de glutamina sintetase, concentrações de leghemoglobinae de ureídeos na seiva do xilema, também foi intensamente reduzido pelo défidt hídrico. O decréscimo assim como a recuperação desse processo, foi mais lento que o da atividade da redutase do nitrato nas folhas e mobilização de nitrato das raízes, reforçando a idéia de que os nódulos foram mais profundamente alterados que as folhas em termos de integridade das proteínas, quando as plantas noduladas foram submetidas à seca/reídratação. As cultivares Vita 3 e Vita 7, quando noduladas na presença de 5 mM de NO-3, apresentaram a mesma intensidade de crescimento e distribuição da fitomassa. O estresse hídrico provocou reduções mais acentuadas no acúmulo de massa seca das folhas da cultivar Vita 3. Por outro lado, Vita 7 apresentou maior crescimento nas raízes, nessas condições. Essa última cultivar exibiu maior concentração de prolina livre nas raízes enquanto que Vita 3 mostrou maior acumulação de aminoácidos livres nas raízes, evidenciando diferentes estratégias de ajustamento osmótico entre as duas cultivares submetidas ao estresse hídrico. A cultivar Vita 3, quando nodulada na ausência de nitrato, apresentou maior produção de fitomassa total, em relação à Vita 7. Entretanto, a primeira cultivar foi mais sensível ao déficit hídrico. A maior sensibilidade de Vita 3, nessas condições, foi a partir das drásticas alterações na morfologia das folhas, que apresentaram um aumento intenso no tamanho médio dos folíolos, em relação a essa mesma cultivar nodulada na presença de nitrato. A maior sensibilidade de Vita 3, nodulada na ausência de nitrato, foi, ainda, inferida pelos decréscimos na acumulação de prolina nas folhas. Por outro lado, Vita 7 mostrou intensa redução no acúmulo de prolina em folhas e raízes,em relação às plantas noduladas na presença de nitrato, quando ambas foram submetidas ao déficit hídrico. As duas cultivares raram semelhantes aumentos nas concentrações de ureídeos no caule por efeito desse tratamento. Na presença de 5 mM de NO-3 as cultivares Vita 3 e Vita 7 apresentaram semelhanças na assimilação de nitrato (atividade da redutase do nitrato e acúmulo de nitrato) e nos parâmetros relacionados com a fixação de N2 (concentração de leghemoglobina, atividade de glutamina sintetase nos nódulos e concentração de ureídeos na seiva do xilema), tanto na condição normal como na presença de déficit hídrico. A atividade específica de glutamina sintetase nas folhas foi ligeiramente aumentada pelo estresse hídrico nas duas cultivares. A cultivar Vita 3, nodulada na ausência de nitrato, apresentou maior fixação simbiótica de N2, em relação à presença de nitrato e também em relação à Vita 7 nodulada na ausência de nitrato. A maior fixação foi inferida a partir de um maior crescimento dos nódulos, maior concentração de leghemoglobina e maiores fluxos de ureídeos na seiva do xilema. O estresse afetou de maneira semelhante as duas cultivares em termos desses parâmentros relacionados com a fixação de N2.Os resultados mostraram que os dois processos de assimilação de N (redução assimilatória de NO-3e fixação e assimilação de N2) foram intensamente sensíveis ao déficit de água, sendo que a recuperação na atividade dos nódulos foi mais lenta do que a das folhas, vavelmente devido a maior degradação de proteínas. As plantas de feijão-de-corda mostraram capacidade de ajustamento osmótico através da acumulação de proIina, principalmente nas raízes.A presença de nitrato favoreceu a adaptação das plantas noduladas às condições de déficit hídrico. |
| Abstract: | Despite the great importance of crop legumes in providing proteins to animais and men through atmospheric nitrogen recycling there is few works dealing with the physiology and biochemistry of nodulated plants in presence of nitrate and under water deficit. Cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp] nodulated plants, cv. Vita 3 and Vita 7, inoculated with Bradyrhizobium sp., CB-756strain, in presence or absence of 5 mM NO-3, were grown under greenhouse conditions in modified Leonard jars containing a 1 : 2 silica:vermiculite substrate and watered with a nutrient solution. The water stress, initiated at 28 days after emergence (DAE), was imposed by withholding water for four (experiments 1 and 2 ) or three (experiment 3 ) subsequent days followed by rehydration during two days in the case of experiments 1 and 2. Under these conditions the nodulated plants showed a good adaptation to the water deficit and an excellent recuperation after rehydration. In addition, the photosynthetic apparatus seemed to be not affected, based on chlorophyll concentrations. Under water stress nodules and leaves were more seriously affected although leaves suffered less as measured by the balance between protein mass. The stress tolerance of Vita 7 was recognized by root growth and drastic reduction of dry mass accumulation in the plant shoot. Cowpea plants showed intense and fast accumulation of free proline, particularly in roots, in response to a mild reduction in available water, probably as an osmotic adjustment. Soon after rehydration there was an abrupt decrease in proline concentration. The free amino acid and ureide concentrations increased intensively with the water deficit, whereas the relative composition and concentration of total amino acids stayed unaltered. Leaf proline biosynthesís was likely to be related to the increase in the glutamine synthetase (GS) activity induced by water deficit. The nitrate reduction process in leaves, measured through nitrate reductase activity and nitrate accumulation in plant tissues, was drastically reduced. However, 2 4 hours after rehydration, the stressed plants recovered their nitrate reductase activity very quickly and showed a significant fali in the nitrate concentrations in the root, stem and leaf. Contrary, nodule nitrate reductase activity was not affected during the water deficit which suggests the predominance of a constitutive isoform in this tissue in comparison with the enzyme present in leaves inducible by nitrate. The symbiotic fixation of nitrogen was greatly reduced under water deficit as evaluated by noclule growth, glutamine synthetase activity, leghemoglobin, and ureide concentrations into xylem sapoThis reduction as well as its recovering from water deficit was slower than recovery of leaf nitrate reductase activity and nitrate mobilization in the roots suggesting that noclules are more affected than leaves regarding to protein integrity when the plants were subjected to water deficit followed by rehydration. Noclulated Vita 3 and Vita 7 cultivars, when in presence of 5 mM NO-3, showed the same intensity of growth and dry matter distribution. The water deficit induced in Vita 3 a more conspicuous decrease in leaf dry matter. Vita 7 accumulated free proline mainly in the roots while Vita 3 accumulated free amino acids suggesting that they use different strategies of osmotic adjustment when submitted to water deficit. NoclulatedVita 3 in absence of nitrate procluced higher amount of total dry matter than Vita 7. In this condition, Vita 3 was, apparently, more sensitive to the water shortage since its leaves had morphological alterations characterized by an abnormal enlargement and leaf proline accumulation diminished in comparison with the same cultivar in presence of nitrate. Nodulated Vita 7 in absenceof nitrate showed a decline in proline accumulation, both in leaves and roots, in contrast with stressed Vita 7 plants in presence of nitrate. Both Vita 3 and Vita 7 cultivars showed similar accumulation of ureides in stem under drought conditions. In presence of 5mM nitrate, irrespective if under water stress or not, both cultivars showed similarities among N assimilation (nitrate reductase activity and nitrate accumulation) and in the parameters related to N2 fixation (Ieghemoglobin concentration, noclule glutamine synthetase activity, and ureide concentration in the xylem sap). The specific activity of leaf glutamine synthetase was slightly higher in both cultivars under water stress. Nodulated Vita 3, in absence of nitrate, showed a better N2 fixation rate in relation to the presence of nitrate and also in comparison with nodulated Vita 7 in absence of nitrate. This higher N2 fixation capacity was based on a better noclule growth, higher leghemoglobin and ureide concentrations, and higher flux of ureide into xylem sapo Overall the results showed that the two N2 assimilation processes (assimilatory reduction of NO-3 and N2 fixation and NH3 assimilation) were highly sensitive to the water stress in Vita 3 and Vita 7 and that the nodule recovering was slower than in the leaves probably owing to a higher protein degradation rate. The cowpea plants were able to evolve an osmotic adjustment through proline accumulation, particularly in the roots. Furthermore the presence of nitrate contributed positively for the adjustment of the nodulated plants under water deficit conditions. |
| URI : | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/43403 |
| Aparece en las colecciones: | DBBM - Teses defendidas na UFC |
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