Os efeitos positivos da aplicação do silício sobre a produção e desempenho fotossintético de plantas de arroz são anulados com o aumento da [CO 2 ]

Abstract

O silício (Si) e a elevada [CO 2 ] proporcionam, isoladamente, maiores taxas fotossintéticas, que resultam em maiores rendimentos das plantas de arroz, por promoverem incrementos na capacidade da fonte e na força do dreno. Contudo, possuem respostas divergentes sobre as condutâncias estomática e mesofílica, na medida em que o Si atua aumentando essas condutâncias, observa-se o oposto sob elevada [CO 2 ]. No entanto, não são conhecidas as respostas de plantas de arroz fertilizadas com Si em um cenário de aumento da [CO 2 ] sobre aspectos de trocas gasosas e de produção. Dessa forma, analisaram-se os efeitos da combinação do aumento da [CO 2 ] com a suplementação com Si sobre o desempenho fotossintético, metabólico, nutricional e produtivo de plantas de arroz. Utilizaram-se plantas de arroz do cv. ‘Oochikara’ (WT) e seu mutante defectivo para a absorção de silício (lsi1), cultivadas em câmaras de topo aberto, com [CO 2 ] de 700 e 400 ppm, na presença ou ausência de silício. Verificou-se que o Si e a alta [CO 2 ] promoveram, isoladamente, aumentos nas taxas fotossintéticas. No entanto, o Si aumentou a condutância estomática e a taxa transpiratória (maiores nas plantas WT), ocorrendo o oposto sob elevada [CO 2 ], independentemente do genótipo. Não foi verificado o fenômeno de aclimatação fotossintética nas plantas cultivadas sob elevada [CO 2 ]. Foi demonstrado que o Si, em [CO 2 ] ambiente e na ausência de estresses, incrementou o rendimento das plantas WT. Semelhantemente, com o incremento da [CO 2 ], evidenciou-se o aumento da produção, com maior número de grãos por planta e maior índice de colheita, independentemente do genótipo e da fertilização com Si. O teor do Si foi maior nas plantas WT+Si e reduziu-se em 41% nas folhas das plantas WT sob alta [CO 2 ]. Os metabólitos analisados foram minimamente afetados pelos tratamentos e verificou-se redução no teor da maioria dos nutrientes das folhas das plantas cultivadas sob elevada [CO 2 ]. Constatou-se menor expressão dos genes que codificam para os transportadores de Si sob elevada [CO 2 ]. A ausência de resposta do Si sobre a produção com o aumento da [CO 2 ] pode ser atribuída ao fato de o Si ter sido menos absorvido sob [CO 2 ] de 700 ppm, devido a menores taxas transpiratórias e pela menor expressão dos seus transportadores nessa condição. Palavras-chave: Oryza sativa. Trocas gasosas. Fonte. Dreno.

Both silicon (Si) and enhanced CO 2 concentration [CO 2 ] are associated with higher photosynthetic rates, which result in greater yields in rice plants by promoting increases in source-sink relationships. However, there are contrasting effects of Si and [CO 2 ] on the stomatal and mesophyll conductances: Si increases these conductances while elevated [CO 2 ] decreases them. In any case, nothing is known about gas exchange parameters and productivity when rice plants are grown under Si application and elevated [CO 2 ]. Thus, we here investigated the effects on photosynthetic, metabolic, nutritional and productive performance in rice plants supplemented with Si grown under two [CO 2 ]. Plants from two genotypes of rice (Oryza sativa L.), cv ‘Oochikara’ (wild type -WT) and its mutant deficient in the expression of lsi1 (Si carrier), were grown in controlled chambers with 700 or 400 ppm [CO 2 ], in the presence or absence of Si. Our results showed that Si or [CO 2 ], separately, improved photosynthetic rates. These improvements were accompanied by increased stomatal conductance and transpiration rates in Si-treated plants, (higher in WT plants) while the opposite was observed in plants grown under enhanced [CO 2 ] regardless of genotypes. Photosynthetic downregulation under elevated [CO 2 ] was not detected. We demonstrated that Si per se led to increased grain yield of WT plants, but only under 400 ppm [CO 2 ]. Similarly, enhanced [CO 2 ] per se led to a high crop yield associated with higher number of grains per plant and higher harvest index, regardless of genotype and Si application. Higher Si amounts were observed in Si- treated WT plants under 400 ppm [CO 2 ]; in contrast, these plants displayed a reduction of (41%) of Si contents under 700 ppm [CO 2 ]. The metabolites analyzed (e.g., starch, glucose, fructose, sucrose) were affected minimally, if at all, by the treatments. In addition, we observed decreased leaf contents of a range of major nutrients under elevated [CO 2 ]. The expression of lsi1 gene was lower in the plants under Si supplementation and elevated [CO 2 ]. We suggest that the lack of Si effects on crop yields in WT plants under 700 ppm [CO 2 ] can be explained by the lower Si concentrations that were in turn associated with lower transpiration rates and lower Si uptake due to lower expression of Si carriers in a condition of enhanced [CO 2 ]. Keywords: Oryza sativa. Gas exchange. Source. Sink.