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Tipo: Dissertação
Título: Análise fisiológica e metabolômica de plantas de arroz sob condições de hipóxia e salinidade
Título em inglês: Physiological and metabolomic analysis of rice plants under hypoxia and salinity conditions
Autor(es): Viana, Jesimiel da Silva
Orientador: Gomes Filho, Enéas
Coorientador: Lopes, Lineker de Sousa
Palavras-chave: Crescimento e desenvolvimento;Estresse abiótico;Metaboloma;Oryza sativa L.;Tolerância à hipóxia.
Data do documento: 2021
Citação: VIANA, Jesimiel da Silva. Análise fisiológica e metabolômica de plantas de arroz sob condições de hipóxia e salinidade. 2021. 145 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia/Fitotecnia) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumo: A hipóxia e a salinidade são uns dos estresses abióticos mais prejudiciais ao crescimento e desenvolvimento das plantas, sendo muito comuns em solos sujeitos a alagamentos. Estes estresses trazem grande impacto na produtividade e disponibilidade de áreas de cultivo em todo o mundo. O cultivo do arroz tem grande importância econômica e social para o Brasil, atualmente o maior produtor de arroz fora do continente asiático, movimentando bilhões de dólares a cada ano. No Brasil, existem cultivares desenvolvidas para o cultivo em condições de sequeiro e sistema irrigado, porém a maior parte do arroz produzido no país se dá em cultivo irrigado, o qual está sujeito à hipóxia e à salinidade. Tendo em vista que a tolerância a esses estresses pode estar relacionada a modulações específicas no perfil metabólico, o objetivo do trabalho foi avaliar o desempenho das cultivares de arroz São Francisco (SF) e BRS Esmeralda (ES) aos estresses de salinidade e de hipóxia, e sua relação com as mudanças no perfil metabólico de folhas e raízes. Dois experimentos foram realizados em delineamento inteiramente casualizado, ambos com cinco repetições. O primeiro, em esquema fatorial 2 x 2 (duas cultivares x dois níveis de salinidade) para caracterizar os impactos da salinidade sobre os cultivares. O segundo, em esquema fatorial 2 x 3 (duas cultivares x três níveis de hipóxia) para avaliar os impactos da alteração dos níveis de hipóxia comuns em sistema irrigado. As plantas foram submetidas por 10 dias aos tratamentos de salinidade (0 e 80 mM NaCl) e de hipóxia: severa (109,4 µM de O2), moderada (171,9 µM de O2), e leve (234,4 µM de O2). Após isso, as plantas foram coletadas aos 37 dias da semeadura e submetidas às avaliações de crescimento e desenvolvimento, pigmentos fotossintéticos, trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, teores de íons inorgânicos, e análise do metaboloma de folhas e raízes. A salinidade promoveu redução nos parâmetros fisiológicos avaliados, porém, as cultivares não apresentaram tolerância diferencial à salinidade na fase de perfilhamento. Deste modo, foi possível observar apenas a diferenciação quanto ao padrão metabólico de folhas e raízes em resposta à salinidade e indicar alguns biomarcadores de estresse salino em plantas de arroz. Em condições salinas, 26 metabólitos foram diferencialmente expressos nas folhas e cinco nas raízes das duas cultivares, na maioria, aminoácidos e açúcares-chave, como frutose e ribose. No experimento com diferentes níveis de hipóxia, a maior limitação de oxigênio restringiu o crescimento e desenvolvimento. Ambas cultivares reduziram a assimilação de CO2, e outros parâmetros de trocas gasosas sob hipóxia severa. Assim, o arroz, mesmo sendo uma espécie adaptada a condições de hipóxia, sofre com o seu agravamento, mas isto depende da cultivar. A cultivar SF apresentou maior plasticidade de resposta aos níveis de hipóxia, notando-se uma clara diferença no perfil metabólico das raízes entre plantas sob hipóxia severa e moderada. Assim, esta cultivar foi capaz de mitigar os danos causados pela hipóxia severa, estimulando a glicólise e o ciclo do ácido cítrico em suas raízes.
Abstract: Hypoxia and salinity are some of the most harmful abiotic stresses for plant growth and development, being very commons in soils subject to flooding. These stresses have a significant impact on the productivity and availability of cultivated areas around the world. Rice cultivation has expressive economic and social importance for Brazil, currently the largest rice producer outside the Asian continent, moving billions of dollars each year. In Brazil, there are cultivars developed for cultivation under rainfed conditions and irrigated systems, but most of the rice produced in the country is in irrigated cultivation, subject to hypoxia and salinity. Considering that tolerance to these stresses may be related to specific modulations in the metabolic profile, the objective of this work was to evaluate the performance of rice cultivars São Francisco (SF) and BRS Esmeralda (ES) to salinity and hypoxia stresses and its relationship with changes in the metabolic profile of leaves and roots. Two experiments were carried out in a completely randomized design, both with five replications. The first to characterize the impacts of salinity on the cultivars was in a 2 x 2 factorial scheme (two cultivars x two salinity levels), and the second to evaluate the impacts of changing typical hypoxia levels in an irrigated system was in a 2 x 3 factorial scheme (two cultivars x three hypoxia levels). The rice plants were submitted for ten days to salinity (0 and 80 mM NaCl) and hypoxia treatments [severe (109.4 µM of O2), moderate (171.9 µM of O2), and slight (234.4 µM of O2) hypoxia]. After that, the plants were collected 37 days after sowing and submitted to evaluations of growth and development, photosynthetic pigments, gas exchange, chlorophyll a fluorescence, inorganic ion content, and leaf and root metabolome analysis. Salinity promoted a reduction in the physiological parameters evaluated; however, the cultivars did not show differential tolerance to salinity in the tillering phase. Thus, it was only possible to observe the differentiation regarding the metabolic pattern of leaves and roots in response to salinity and indicate some biomarkers of salt stress in rice plants. Under saline conditions, 26 metabolites were differentially expressed in the leaves and five in the roots of the two cultivars, primarily amino acids and key sugars, such as fructose and ribose. In the experiment with different hypoxia levels, the highest oxygen limitation restricted growth and development. Both cultivars reduced CO2 assimilation and other gas exchange parameters under severe hypoxia. Thus, despite the rice is a species adapted to hypoxia conditions suffers from its aggravation, according to the evaluated cultivar. SF Cultivar showed the best plasticity of response to hypoxia levels, noting a clear difference in the metabolic profile of roots between plants under severe and moderate hypoxia. Thus, this cultivar mitigated the damage caused by severe hypoxia, stimulating glycolysis and the citric acid cycle in its roots.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/67381
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