Bactérias promotoras do crescimento vegetal influenciam rotas metabólicas e aumentam a tolerância ao déficit hídrico em espécies arbóreas neotropicais: potencial para recuperação de áreas degradadas
Data
2020-11-26
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Universidade Estadual de Londrina
Resumo
Resumo: O desmatamento tem sido crescente nas últimas décadas, o que ocasiona eventos de seca prolongados. A reversão dessa situação pode acontecer por meio do desenvolvimento de programas de restauração florestal. No entanto, os eventos de seca podem afetar negativamente o estabelecimento das mudas de espécies arbóreas utilizadas na restauração desses ambientes. Uma das estratégias biotecnológicas para a produção de mudas mais tolerantes a estresses abióticos é a associação com Bactérias Promotoras do Crescimento em Plantas (BPCP). O objetivo deste estudo foi avaliar se a associação de mudas de Cecropia pachystachya Trécul e Cariniana estrellensis (Raddi) Kuntze com Azospirillum brasilense (Ab-V5) e Bacillus velezensis (ZK) gera mudanças fisiológicas, bioquímicas e biométricas que aumentem a tolerância dessas espécies arbóreas ao déficit hídrico. Para isso, mudas de C. pachystachya e C. estrellensis foram associadas com Ab-V5 e com ZK e submetidas ao déficit hídrico moderado por 30 dias. No primeiro capítulo, foram analisados parâmetros biométricos e a resposta antioxidante enzimática e não enzimática nas folhas de ambas as espécies vegetais. Foi observado que a associação com BPCP levou ao aumento na atividade de enzimas antioxidantes (ascorbato peroxidase, superóxido dismutase e peroxidases) em mudas de C. pachystachya e de C. estrellensis. As BPCP também influenciaram positivamente o metabolismo antioxidante não enzimático, levando ao aumento de compostos fenólicos, como o ácido clorogênico, ácido gálico, rutina, ácido sinápico e catequina, e do alcalóide trigonelina em ambas as espécies vegetais. A associação com as BPCP também influenciou parâmetros biométricos, em C. pachystachya houve aumento da massa seca de raiz, da massa seca de parte aérea, e da razão raiz:parte aérea. Em mudas de C. estrellensis tratadas com BPCP foi verificado a redução da massa seca de raiz e massa seca de parte aérea. Foi observada também, em ambas as espécies vegetais, a redução da área foliar específica e da razão de área foliar induzida pela associação com as BPCP. No segundo capítulo, trocas gasosas e parâmetros relacionados com o metabolismo do carbono e do nitrogênio foram avaliados nas folhas de ambas as espécies vegetais. Em C. pachystachya, as BPCP induziram aumento na taxa fotossintética líquida (A), na condutância estomática (gs), na eficiência de carboxilação (k), na atividade da enzima glutamina sintetase, na quantidade de aminoácidos e na quantidade de lactato. Também houve uma influência negativa nas concentrações de malato, succinato, citrato, glicose e sacarose. O déficit hídrico influenciou positivamente as concentrações de proteína, hidroxibutirato, malato e glicose. Em mudas de C. estrellensis, a associação com as BPCP ocasionou aumento na k, e Bacillus velezensis induziu positivamente as concentrações de hidroxibutirato, malato, succinato e ácido quínico; enquanto que o déficit hídrico induziu acúmulo de glicose e proteínas. No terceiro capítulo, uma análise fitoquímica do extrato hidroalcoólico das folhas de C. estrellensis foi realizada. As análises por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e Cromatografia líquida indicaram que os principais compostos secundários encontrados foram: ácido quínico e ácidos hidroxicinâmicos, como por exemplo ácido p-cumárico e ácido ferúlico. Também foram identificados flavonoides como o kaempferol e a quercetina. Esses resultados são a primeira descrição fitoquímica para a espécie e serão importantes para fundamentar estudos futuros em ecologia e metabolômica de C. estrellensis. Os resultados obtidos no primeiro e segundo capítulos evidenciam o potencial da associação com BPCP em gerar respostas fisiológicas, bioquímicas e biométricas que aumentem a tolerância das espécies arbóreas ao déficit hídrico. Essa ferramenta biotecnológica pode ser utilizada para a produção de mudas nativas mais tolerantes e com maiores taxas de sobrevivência, aumentando o sucesso dos programas de restauração florestal.
Abstract: Deforestation has been increasing in recent decades, which has led to prolonged drought events. This situation can be reversed through the development of forest restoration programs. However, drought events can negatively affect the establishment of tree species seedlings used to restore these environments. One of the biotechnological tools for development of seedlings more tolerant to abiotic stresses is the association with plant growth-promoting bacteria (PGPB). The aim of this study was to evaluate whether the association of Cecropia pachystachya Trécul and Cariniana estrellensis (Raddi) Kuntze seedlings with Azospirillum brasilense (Ab-V5) and Bacillus velezensis (ZK) generates physiological, biochemical and biometric changes that increase the tolerance of these tree species to moderate drought. For this, seedlings of C. pachystachya and C. estrellensis were associated with Ab-V5 and ZK and submitted to moderate drought for 30 days. In the first chapter, biometric parameters and the enzymatic and non-enzymatic antioxidant response in the levaes of both plant species were analyzed. It was observed that the association with PGPB led to an increase in the antioxidant enzymes activity (ascorbate peroxidase, superoxide dismutase and peroxidases) in C. pachystachya and C. estrellensis seedlings. PGPB also influenced positively the non-enzymatic antioxidant metabolism, leading to an increase in the level of phenolic compounds, such as chlorogenic acid, gallic acid, rutin, synapic acid and catechin, and on the alkaloid trigonelline in both plant species. The association with PGPB also influenced biometric parameters, in C. pachystachya there was an increase in root dry weight, shoot dry weight and root:shoot ratio. In seedlings of C. estrellensis inoculated with PGPB it was observed the reduction of root dry weight and shoot dry weight. It was also observed, in both plant species, the reduction of the specific leaf area and the leaf area ratio induced by PGPB. In the second chapter, gas exchange and parameters related to carbon and nitrogen pathways were evaluated in the leaves of both plant species. In C. pachystachy, PGPB induced an increase in net photosynthesis (A), stomatal conductance (gs), carboxylation efficiency (k), glutamine synthetase activity, amino acids amount and lactate amount. There was also a negative influence on the amounts of malate, succinate, citrate and sucrose. The moderate drought positively influenced the amounts of protein, hydroxybutyrate, malate and glucose. In C. estrellensis, the associtation with PGPB led to an increase in k, and Bacillus velezensis indued positively the amounts of hydroxybutirate, malate, succinate and quinic acid; while the moderate drought induced accumulation of glucose and proteins. In the third chapter, a phytochemical analysis of the hydroalcoholic extract from leaves of C. estrellensis was carried out. Analyzes through Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and high performance liquid chromatography indicated that the main secondary compounds found were: quinic acid and hydroxycinamic acids, such as p-coumaric acid and ferulic acid. Flavonoids such as kaempferol and quercetin have also been identified. These results are the first phytochemical description for the species and will be important to support future studies in ecology and metabolomics for C. estrellensis. The results from the first and second chapters showed the potential of the association with PGPB in generating physiological, biochemical and biometric responses that increase the tolerance of tree species to moderate drought. This biotechnological tool can be used to produce native seedlings that are more tolerant and have higher survival rates, increasing the succes of restoration and reforestation programs.
Descrição
Palavras-chave
Espécie arbórea, Estresse abiótico, Mata atlântica, Microrganismos, Reflorestamento, Restauração florestal, Tolerância à seca