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Prof. Fábio M. DaMattaDepartamento de Biologia Vegetal
Universidade Federal de Viçosa - BrasilE-mail: [email protected]
Estudos fisiológicos relacionados a tolerância à seca
Conferência Inter-nacional de Coffea
canephoraVitória, 11-15 de junho de
2012
O papel da fisiologia vegetal & tolerância à seca em café Compreender os mecanismos de tolerância à
seca Buscar índices e critérios que permitam
identificar materiais genéticos mais promissores, em termos de crescimento e produção, sob condições de seca
Melhoramento para tolerância à seca, utilizando-se critérios fisiológicos:
Por que é tão difícil?
Definição da tolerância à seca
Pergunta-se: qual o clone mais tolerante à seca?
Certamente, o clone B ! (maior estabilidade de produção)
Desafios para compreenderem-se os mecanismos de tolerância à seca A seca é um estresse multidimensional e de
herança poligênica; Conhece-se apenas uma pequena proporção
de genes envolvidos com as respostas das plantas ao déficit hídrico;
Há genótipos que são afetados não apenas pela disponibilidade de água do solo, mas também pela disponibilidade hídrica da atmosfera;
Desafios para compreenderem-se os mecanismos de tolerância à seca As respostas das plantas variam com a
intensidade e duração da seca (forte interação genótipo x ambiente);
Vários ciclos de produção para seleção de uns poucos materiais promissores;
Tolerância à seca & sistema radicular: relação de difícil estudo;
Pesquisas feitas com plantas em pequenos vasos e em casa de vegetação.
A fisiologia da tolerância à seca
CO2
H2O CO2
Capacidade de absorção de água: quantidade e profundidade de raízes
Capacidade de transporte de água: condutância hidráulica do xilema
Capacidade de perder água: estômatos abertos → maior fotossíntese
Densidade de venação & taxa de fotossíntese
Densidade de venação em conilon: ~7 mm/mm2
Aspectos hidráulicos & fotossíntese
Lei de Hagen-Poiseuille: a taxa de fluxo aumenta com a 4a
potência do raio
Jv = (π.r 4.ΔΨ)/8.η.L• Jv = fluxo de água• r = raio do conduto do xilema• ΔΨ = diferença de pressão• η = viscosidade da água• L = comprimento do vaso do xilema
Relação entre a densidade do caule (lenho) & condutividade hidráulica
Eficiência & segurança hidráulica
• Ao se aumentar o diâmetro dos vasos, aumenta-se a condutividade hidráulica do xilema; no entanto, também se aumenta a vulnerabilidade à cavitação
vasos do xilema com cavitação
Tolerância à seca em Coffea canephora
Clone Tolerante
Clone Susceptível
variabilidade
Clones tolerantes à seca
Relação entre a fotossíntese (A) e a condutância estomática (gs) em clones de café conilon
Relação entre a condutância estomática (gs) e o potencial hídrico (Ψpd) em clones de café conilon
Relação entre a condutância estomática (gs) e o déficit de pressão de vapor (δe) em clones de café conilon
CT
DH
Condutividade hidráulica (KL) em 10 clones de robusta sob irrigação (CT) e déficit hídrico (DH)
CTDH
Taxa de fotossíntese (A) em 10 clones de robusta sob irrigação (CT) e déficit hídrico (DH)
CTDH
Condutância estomática (gs) em 10 clones de robusta sob irrigação (CT) e déficit hídrico (DH)
% de biomassa em ≠ órgãos, razão sist. radicular/parte aérea (SR/PA) e densidade do caule, em 4 clones sob irrigação e seca
CloneFolha (%)
Raiz (%)
Caule (%)
SR/PADensidade
(g cm-3)
03Irr. 33 37 30 0.60 0.29
Seca 22* 47* 31 0.90* 0.45*
14Irr. 45 18 37 0.22 0.56
Seca 33* 27* 39 0.38* 0.67*
109Irr. 51 16 32 0.20 0.32
Seca 37* 28* 35* 0.39* 0.34
ApoatãIrr. 51 24 25 0.32 0.28
Seca 54 25 22* 0.33 0.49*
Relação entre a densidade do caule e a eficiência do uso da água em 10 clones de café conilon sob seca
Relação entre a densidade do caule e a transpiração em 10 clones de café conilon sob seca
Relação entre o diâmetro de vasos do xilema e cond. hidráulica em 10 clones de café conilon sob irrigação
Relação entre o diâmetro de vasos do xilema e cond. hidráulica em 10 clones de café conilon sob seca
irrigação seca
Relação entre o diâmetro de vasos do xilema a transpiração em 10 clones de café conilon sob seca
Relação entre a densidade do caule e o índice de vulnerabilidade do xilema à cavitação em 10 clones de café conilon sob irrigação
Relação entre a densidade do caule e o índice de vulnerabilidade do xilema à cavitação em 10 clones de café conilon sob seca
CLONE 14CLONE 201
Diâmetro: 119 µmFrequência: 99 vasos mm-2
Diâmetro: 139 µmFrequência: 70 vasos mm-2
Índice de vulnerabilidade: 1.2 Índice de vulnerabilidade: 2
Capacidade de tolerar a falta de água dentro da planta: clones tolerantes têm um sistema antioxidativo de proteção mais robusto contra a escaldadura
Atividades de enzimas antioxidativas e danos celulares em 2 clones de conilon sob condições irrigadas e sob seca
Clone 109A Clone 120
Enzimas Controle Seca Controle Seca
SOD 17.8 35.7 24.8 163.2
CAT 14.3 22.6 19.0 39.8
APX 0.31 0.83 0.42 1.34
Danos
MDA 75 322 103 233
Eletrólitos 2.7 11.3 3.1 6.6
~ 325% ~ 120%
Raízes e tolerância a seca
Profundidade do sistema radicular de clones de conilon cultivados durante 18 meses em tambores com 150 L de solo (1,2 m altura) – depende do clone e propriedades do solo
No de dias para se atingir -3,0 MPa após suspensão da irrigação em pés-francos (109 e 120) e enxertias recíprocasTratamento No de dias
109 18 ± 1 c
109/109 18 ± 1 c
120 25 ± 1 a
120/120 27 ± 2 a
109/120 25 ± 1 a
120/109 22 ± 1 b
Análise de componentes principais
Separação de clones em grupos com distintos graus de tolerância à seca
Clones sensíveis à seca (clones 46, 109...) Controle deficiente da transpiração e/ou
baixa capacidade de absorção da água → colapso do metabolismo sob seca prolongada → grande desfolha → produção altamente comprometida
Exploração econômica requer irrigação
Estratégias de sobrevivência (ex. clone 14) Alto controle estomático da transpiração,
sistemas radiculares relativamente profundos, alta densidade do caule e baixa condutância hidráulica → mantêm boa hidratação dos tecidos e mantêm a área foliar, porém produzem pouco, mesmo sob irrigação
Clones com essas características normalmente respondem de forma insatisfatória à irrigação
Clones de aptidão dupla (clone 120...) Sistema radicular relativamente profundo e
sensibilidade estomática satisfatória à disponibilidade de água, mas com alta condutância hidráulica
Tolerância protoplasmática à dessecação Clones com estabilidade de produção
relativamente elevada, podendo alcançar altas produções mesmo sem irrigação
Tolerância à seca em Coffea canephora Não há um mecanismo único que explique a
diversidade genética da tolerância à seca
A divergência genética da tolerância à seca parece largamente governada pela capacidade de absorção e taxas do uso da água
Potencial hídrico e densidade do lenho podem ser ferramentas úteis, e de fácil determinação, para investigar a tolerância à seca
Estudos complexos: se fossem fáceis, já teriam sido feitos!!!
UFV e INCAPER: parceria em busca de soluções
Paulo César Cavatte Samuel Martins Paulo M. Silva Elias Morais Hugo A. Pinheiro
Paulinho Volpi Abraão Verdin Maria Amélia Ferrão Romário Ferrão Aymbiré Fonseca Sebastião (Tião) Silveira
Obrigado!