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Type: Tese
Title: Mecanismos de eficiência fotossintética envolvidos na tolerância ao excesso de amônio e luz em plantas de arroz
Title in English: Photosynthetic efficiency mechanisms involved with tolerance to excess ammonium and light in rice plants
Authors: Martins, Francisco William Viana
Advisor: Silveira, Joaquim Albenísio Gomes da
Co-advisor: Carvalho, Fabrício Eulálio Leite
Keywords: Oriza sativa;Alta luz;Luz moderada;Amônio;PSII
Issue Date: 2020
Citation: MARTINS, Francisco William Viana, Mecanismos de eficiência fotossintética envolvidos na tolerância ao excesso de amônio e luz em plantas de arroz, 2020, 77f. Dissertação (Mestrado em Ciência do Solo) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020
Abstract in Brazilian Portuguese: Plantas podem obter nitrogênio do solo em duas formas principais: nitrato e amônio. Em particular, essa última é predominate em solos alagados onde a baixa oxigenação possibilita sua acumulação. Todavia, diversos efeitos negativos associados ao acúmulo de amônio em plantas podem ocorrer, incluindo desde modificações morfológicas até modificações metabólicas. Para investigar como as plantas tolerantes ao amônio podem proteger seu sistema fotoquímico, o arroz, uma espécie conhecidamente amônio-tolerante, foi exposto ao suprimento exclusivo de amônio (10 mM) ou nitrato (10 mM) como fonte N por até oito dias e exposto à luz alta (2000 µE) e luz moderada (400 µE). As plantas fornecidas com amônio não apresentaram alterações significativas na atividade do PSII sob luz moderada, em comparação com as plantas nutridas com nitrato. Sob alto suprimento de NH4+ e a luz alta, as plantas de arroz apresentaram um atraso significativo na recuperação do PSII escuro (50%) somente após o sexto dia de exposição. Em contrapartida, quaisquer alterações significativas relacionadas ao acúmulo de proteínas fotoquímicas importantes, como PsbA, PsbE, PsbS, CP43 e LCA1, foram observadas nas plantas de amônio e nitrato. Paralelamente, nenhuma evidência significativa de estresse oxidativo nas proteínas localizadas na fração tilacoidal foi observada nas duas fontes-N. Curiosamente, as plantas fornecidas com amônio apresentaram maior indução da luz dependente do tempo no NPQ associada à diminuição do relaxamento no escuro após o sexto dia, o que coincide com o atraso na recuperação do PSII no escuro. Posteriormente, a análise BN-PAGE em tilacóides também revelou que as plantas de amônio acumularam significativamente maiores quantidades de trímeros de LHCII-CP24-CP29 e LHC livres sob alta luz. Tomados em conjunto, nossos resultados sugerem que o alto teor de amônio é capaz de induzir retardo na recuperação do PSII, o que provavelmente não depende exclusivamente do acúmulo de proteínas fotoquímicas ou danos oxidativos nas proteínas dos tilacóides. Caso contrário, o alto teor de amônio combinado com a alta luz é capaz de desencadear alterações no estado de agregação dos subcomplexos da antena PSII, que podem afetar diretamente a atividade de NPQ e PSII. Esses processos podem representar mecanismos fotoprotetores incomuns que podem ser essenciais para preservar a fotossíntese em plantas de arroz cultivadas em ambientes extremos de alto teor de amônio e excesso de luz, onde o fechamento estomático é frequente, o que pode contribuir para agravar o balanço energético prejudicial nos cloroplastos.
Abstract: Plants can obtain nitrogen from the soil in two main forms: nitrate and ammonium. In particular, the latter is predominant in flooded soils where low oxygenation allows its accumulation. However, several negative effects associated with the accumulation of ammonium in plants can occur, including from morphological changes to metabolic changes. To investigate how ammonium tolerant plants can protect its photochemical system, rice was exposed to sole ammonium (10 mM) or nitrate (10mM) supply as N-sources for up to eight days and exposed to high light (2000 µE) and moderate light (400 µE). Ammonium supplied plants did not exhibit any significant changes in PSII activity under moderate light, as compared to nitrate plants. Under both high NH4+ and light, rice plants exhibited a significant delay in dark PSII recovery (50%) only after the sixth day of exposure. In opposition, any significant change related to the accumulation of important photochemical proteins, such as PsbA, PsbE, PsbS, CP43 and LCA1 were observed in both ammonium and nitrate plants. In parallel, no significant evidence of oxidative stress in proteins localized in the thylakoidal fraction was observed in both N-sources. Interestingly, ammonium supplied plants displayed higher time-dependent light induction in NPQ associated with decrease in dark relaxation after the sixth day, which coincides with delay in dark PSII recovery. Subsequently, the BNPAGE analysis in thylakoids also revealed that ammonium-plants significantly accumulated higher amounts of free LHCII-CP24-CP29 and free LHC trimmers in high light. Taken together, our results suggest that high ammonium is able to induce delaying in PSII recovery, which is probably not dependent exclusively on photochemical proteins accumulation or oxidative damage on thylakoidal proteins. Otherwise, high ammonium combined with high light is able to trigger changes on the aggregation state of PSII antenna sub-complexes, which can affect directly NPQ and PSII activity. These processes may represent unusual photoprotective mechanisms that might be essential to preserve photosynthesis in rice plants grown under extreme environments of high ammonium and excess light where stomatal closure is frequent, which can contribute to aggravating the harmful energy balance in chloroplasts.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/52752
Appears in Collections:PPCS - Dissertações defendidas na UFC

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