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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2021.tde-30112021-190722
Document
Auteur
Nom complet
Aldeir Ronaldo Silva
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2021
Directeur
Jury
Oliveira, Ricardo Ferraz de (Président)
Costa, Ernane José Xavier
Pereira, Walter Esfrain
Silva, Fabia Barbosa da
Titre en portugais
O papel das nanopartículas de silício na mitigação do efeito da salinidade sobre a eletrofisiologia e na atividade fotossintética em plantas glicófitas e não acumuladora de silício
Mots-clés en portugais
Chenopodium quinoa
Solanum lycopersicum
Nanotecnologia
Sinalização elétrica
Resumé en portugais
A salinidade reduz a produtividade das maiorias das culturas agrícolas, causando a inviabilidade da prática agrícola nas áreas afetadas. Existem lacunas ainda não totalmente compreendidas sobre os mecanismos de percepção e reposta, entre espécies sensíveis e tolerantes a salinidade, como a dinâmica iônica e sua influência na atividade elétrica. Sendo assim, objetivou-se na presente pesquisa, analisar o papel do silício sobre o potencial de membrana e fotossíntese de planta de tomateiro, tomando como referência elétrica, uma espécie halófita. Foram realizadas quatro pesquisas independentes para avaliar a participação do silício na atividade elétrica e na atividade fotossintética. No primeiro experimento avaliou-se a efetividade do silício em espécie não acumuladora sob salinidade, a partir de características agronômicas. No segundo experimento, tratou-se de caracterizar a dinâmica elétrica entre plantas glicófita e halófitas, para fins de referencial elétrico sob estímulo salino. Já no terceiro experimento, analisou-se a execitabilidade elétrica do tomateiro, sob situação de rápido e longo estresse salino com aplicação de nanopartículas de silício. No quarto experimento analisou-se a mudança na fluorescência ao longo do estresse salino. As nanopartículas de silício são efetivas na redução da absorção de Na+ e no aumento dos teores Ca2+ em plantas não acumuladoras. Também foi observado aumento da eficiência do uso da água, fatores esses que causaram mitigação do efeito do estresse. Assim, a salinidade induziu excitabilidade elétrica diferentes no tomateiro e na quinoa. Houve maior número de Potencial de ação e Potencial de variação no tomateiro, bem como uma maior variabilidade do potencial elétrico da membrana ao longo do período de medida, demonstrando habilidade de regulação do potencial elétrico em plantas tolerantes a salinidade. Essa menor excitabilidade elétrica, característico das halófitas, também foi observado com as nanopartículas de silício no tomateiro, uma vez que na ausência de silício, as plantas de tomateiro apresentaram maior número de PAs. Dessa forma, as plantas tratadas com SiNPs apresentaram comportamento elétrico próximo ao da halófitas, com baixo número de PAs, de menores amplitudes e de rápido reestabelecimento do potencial de membrana, fato esse que pode explicar a atenuação os efeitos do Na+ sobre a fluorescência da clorofila a partir da regulação da atividade elétrica provocada pelo silício, sendo corroborado pela mudanças drásticas da fluorescência da clorofila ao longo do estresse do tomateiro sem SiNPs, como a redução do Fv/Fm, Qp e Y(II) e aumento da dissipação de energia atravé do NPQ, Fm e qN. O silício permite ao tomateiro maior controle do influxo de Na+, oriundo de um ajuste mais rápido do potencial de membrana e resultando em menor emissão de sinais elétricos, dinâmica também observada nas halófitas. Desse modo, a regulação resulta em menor perturbação da fotossíntese e fluorescência e maior tolerância no tomateiro à salinidade, sendo a mesma não acumuladora de Si.
Titre en anglais
The role of silicon nanoparticles in mitigating the effect of salinity on electrophysiology and photosynthesis activity in a glycophytes and non-silicon accumulator plants
Mots-clés en anglais
Chenopodium quinoa
Solanum lycopersicum
Electrical signaling
Nanotechnology
Resumé en anglais
Salinity reduces the productivity of most agricultural crops, making agricultural practice in the affected areas unfeasible. There are still gaps that are not fully understood about the mechanisms of perception and response, between sensitive and tolerant species to salinity, such as ionic dynamics and its influence on electrical activity. Thus, the objective of this work was to analyze the role of silicon on the membrane potential and photosynthesis of tomato plants, taking a halophyte species as an electrical reference. Four studies were carried out independently to assess the participation of silicon on electrical activity, as well as its influence on photosynthetic activity. The first study evaluated the effectiveness of silicon, in non-accumulating species under salinity, based on agronomic characteristics. The second study aimed to characterize the electrical dynamics between glycophyte and halophyte plants, for purposes of electrical reference under saline stimulation. The third study analyzed the electrical feasibility of tomato plants under conditions of rapid and long salt stress, with the application of silicon nanoparticles. The fourth study aimed to analyze the change in fluorescence during salt stress. Our results demonstrated that silicon nanoparticles are effective in reducing Na+ absorption and increasing Ca2+ levels, in non-accumulating plants, an increase in water use efficiency was also observed, factors that caused mitigation of the stress effects. Salinity induced different electrical excitability between tomato and quinoa species, in which a greater number of PAs and PVs was observed in tomato, as well as greater variability of the membrane electrical potential over the measurement period, which demonstrates the ability to regulate the electrical potential in salinity tolerant plants. This lower electrical excitability, characteristic of halophytes, was also observed with silicon nanoparticles in tomato, since in the absence of silicon, tomato plants had a higher number of PAs. Plants treated with SiNPs electrical shown close to that of halophytes, with a low number of PAs, smaller amplitudes and rapid reestablishment of the membrane potential. This fact may explain the attenuation of Na+ effects on chlorophyll fluorescence from the regulation of electrical activity caused by silicone. This is corroborated by the drastic changes in chlorophyll fluorescence during the stress of tomato without NanoSi, such as a reduction in Fv/Fm, Qp and Y(II) and an increase in energy dissipation through NPQ, Fm and qN. Our results demonstrate that silicon allows the tomato plant to greater control of the Na+ influx, resulting from a faster adjustment of the membrane potential, resulting in lower emission of electrical signals, a dynamic that is also observed in halophytes. This regulation, which results in less disturbance of photosynthesis and fluorescence, and greater tolerance of a glycophyte species to salinity, which does not accumulate Si.
 
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Date de Publication
2021-12-14
 
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