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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.64.2020.tde-02062022-100454
Documento
Autor
Nome completo
Fernanda Viginotti Alves de Moraes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2020
Orientador
Banca examinadora
Lavres Junior, José (Presidente)
Chapola, Roberto Giacomini
Mellis, Estevão Vicari
Reis, André Rodrigues dos
Título em português
Eficiência de uso de água e potássio, discriminação isotópica de 13C, trocas gasosas e alterações metabólicas em genótipos de cana-de-açúcar
Palavras-chave em português
Eficiência nutricional
Enzimas protetivas
Metabolismo antioxidativo
Metabólitos
Saccharum spp
Sistema fotossintético
Tolerância à seca
Resumo em português
A disponibilidade hídrica e nutrição potássica são fatores primordiais para o desenvolvimento e produtividade da cana-de-açúcar. Estudos que investiguem respostas fisiológicas, nutricionais e metabólicas do déficit hídrico e disponibilidade de potássio (K) no solo são necessários para o entendimento do uso eficiente e sustentável de água e K pela cultura. Assim, no primeiro experimento (experimento I) objetivou-se avaliar o efeito do déficit hídrico e do incremento da disponibilidade de K no solo sobre os parâmetros biométricos, fisiológicos e respostas nutricionais das plantas; biomassa de parte aérea e raízes; eficiência no uso da água e K e composição isotópica do carbono na folha (13C), enquanto que no segundo experimento (experimento II) objetivou-se avaliar a atividade do sistema protetivo antioxidante e descrever a modulação do perfil metabólico nas plantas submetidas aos tratamentos. Os estudos com os genótipos (IACSP95-5000, CTC14, RB975201 e CTC7) foram conduzidos em casa de vegetação utilizando-se vasos de 5 dm-3 de solo, sendo os tratamentos representados pelas combinações de suprimento hídrico (com irrigação até 80 e 40% da capacidade máxima de retenção de água no solo, condições de disponibilidade hídrica - controle e déficit) e teores de K no solo (3 e 6 mmolc dm-3). Os vasos foram distribuídos de forma inteiramente casualizada, num esquema fatorial 2x2, com quatro repetições. No experimento I, foram avaliados os parâmetros biométricos de altura e diâmetro do colmo, a concentração de nutrientes, os parâmetros de trocas gasosas (taxa de assimilação de CO2 - A; condutância estomática gs, transpiração E; eficiência instantânea de carboxilação k, eficiência do uso de água EUA), conteúdo de clorofila, eficiência do fotossistema II, eficiência de absorção e uso de K, potencial de água na folha, área foliar e 13C, enquanto no experimento II foi avaliado o sistema protetivo antioxidante e o perfil metabólico das plantas submetidas ao déficit hídrico e teores de K no solo. Dessa forma, as plantas supridas com o maior teor de K no solo apresentaram incrementos nas variáveis-respostas dos ajustes fisiológicos em condição de déficit hídrico, variando entre os diferentes genótipos estudados e, assim, fornecendo ferramentas para elucidar os mecanismos de adaptação das plantas em ambientes restritivos de água e manejo nutricional. Com relação ao metabolismo antioxidante, as plantas supridas com o maior teor de K no solo apresentaram menor peroxidação lipídica em IACSP95-5000 e RB975201, o que demonstra que o sistema antioxidante dessas plantas foi eficiente na atenuação dos danos causados pelo déficit hídrico. A caracterização do perfil metabólico foliar na identificação da interação condição hídrica e disponibilidade de K no solo contribuíram para elucidar os mecanismos bioquímicos e fisiológicos das plantas submetidas à condição de déficit hídrico.
Título em inglês
Water and potassium use efficiencies, 13C isotopic discrimination, gas exchange and metabolic changes in sugarcane genotypes
Palavras-chave em inglês
Antioxidative metabolismo
Drought tolerance
Metabolites
Nutritional efficiency
Photosynthetic system
Protective enzymes
Saccharum spp
Resumo em inglês
Water availability and potassium nutrition are key factors for the development and productivity of sugarcane. Studies that investigate physiological, nutritional and metabolic responses to water deficit and availability of potassium (K) in soil are necessary to understand the efficient and sustainable water and K use by the crop. Thus, in the first experiment (experiment I), the objective was to evaluate the effect of water deficit and the increase of K availability in soil in biometric, physiological and nutritional responses of plants; biomass of roots and shoots; water and K-use efficiency and leaf carbon isotopic composition (13C), while in the second experiment (experiment II) the objective was to evaluate the activities of the antioxidant protective system and describe the modulation of the metabolic profile in plants submitted to treatments. The studies with the genotypes (IACSP95-5000, CTC14, RB975201 and CTC7) were carried out in a greenhouse using pots of 5 dm-3 of soil, with the treatments represented by combinations of water supply (with irrigation up to 80 and 40% of the maximum water retention capacity in the soil, water availability conditions - control and deficit) and K content in soil (3 and 6 mmolc dm-3). The pots were distributed in a design completely randomized, in a 2x2 factorial scheme, with four replications. In experiment I, biometric parameters of height and stalk diameter, nutrient concentration, gas exchange parameters (CO2 assimilation rate - A; stomatal conductance - gs, transpiration - E; instant carboxylation efficiency - k , water use efficiency - WUE), chlorophyll content, efficiency of Photosystem II, K-uptake and use efficiency, leaf water potential, leaf area and 13C, while in experiment II was evaluated the antioxidant protective system and the metabolic profile of plants subjected to water deficit and K content in soil. Thus, the plants supplied with the highest K content in soil showed increases in response-variables of physiological adjustments in water deficit, varying between the different studied genotypes and so providing tools to elucidate the mechanisms of plant adaptation in environments water restrictive and nutritional management. Regarding antioxidant metabolism, the plants supplied with the highest K content in soil showed lower lipid peroxidation in IACSP95-5000 and RB975201, which demonstrates that the antioxidant system of these plants was more efficient in mitigating the damage caused by water deficit. Characterization of leaf metabolic profile in the identification of water and K-availability interaction, contributed to elucidate the biochemical mechanisms of plants under water deficit.
 
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Data de Publicação
2022-08-19
 
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