Papel da hipoxia e do manganês na tolerância diferencial de clones de eucalipto à Seca de Ponteiro do Vale do Rio Doce

Abstract

A Seca de Ponteiro de Eucalipto do Vale do Rio Doce (SPEVRD) é um distúrbio fisiológico que se caracteriza por necroses amarronzadas na inserção de ramos secundários e pecíolos, culminando com intensa desfolha e, em casos mais extremos, com a morte de plantas. Esse problema vem apresentando estreita correlação com ambiente de hipoxia (baixo potencial redox) e excesso de Mn no lençol freático. Assim, este trabalho teve como objetivo compreender os mecanismos envolvidos na tolerância diferencial de clones de eucalipto à SPEVRD e sua relação com a hipoxia e o excesso de Mn. Para isso, três experimentos foram conduzidos. Experimento I: Os tratamentos foram conduzidos em um esquema fatorial 2 x 2 x 5 sendo: dois clones um sensível (1213) e outro tolerante (2719) à SPEVRD; duas concentrações de O2 em solução normal (8 mg L-1 de O2) e hipoxia (1 mg L-1 de O2), e cinco concentrações de Mn (MnCl2.4H2O) 0; 5; 10; 30 e 90 mg L-1. Ao fim da condução do experimento, cada planta foi separada em folhas velhas (maduras), novas, caule e raiz, e secas em estufa. Estas amostras foram moídas e submetidas à digestão nítrico-perclórica para a determinação do teor de Mn. Experimento II: Os tratamentos consistiram em um esquema fatorial 2 x 4, sendo: dois clones um sensível (1213) e outro tolerante (2719) e quatro concentrações de O2 em solução nutritiva 1; 4; 6 e 8 mg L-1 de O2. O comprimento do sistema radicular e parte aérea foram medidos aos 0 e 21 dias de condução do experimento. Ao final de 14 dias, alguns atributos fisiológicos foram avaliados: fotossíntese, condutância estomática, transpiração e concentração interna de CO2. Em seguida, foram tomadas amostras do ápice de raiz para análises anatômicas. Ao final do experimento, as plantas foram colhidas e separadas em folhas velhas, novas, caule e raiz e secas em estufa. Posteriormente, as amostras foram submetidas à digestão para determinação dos teores de macro e micronutrientes. Experimento III: Os tratamentos consistiram em um esquema fatorial 2 x 2 x 2, sendo os dois clones de eucalipto 1213 (sensível) e 2719 (tolerante); duas concentrações de O2 normal (8 mg L-1) e hipoxia (6 mg L-1), e duas concentrações de Mn 30 e 300 mg L-1. O comprimento do sistema radicular foi medido nos tempos 0, 2, 5, 10, 15, 18 e aos 27 dias de condução do experimento. O ganho em altura da parte aérea e ao longo do período experimental foi medida no início e ao final (27 dias) do experimento. Ao final do experimento, antes da colheita, foi quantificado o etileno emitido pelas plantas. Em seguida, as mudas foram colhidas e separadas em folhas maduras, novas, caule e raiz, e secas em estufa. Posteriormente, foram determinados os teores de macro e micronutrientes. A condição de hipoxia reduziu a matéria seca dos componentes da planta, o crescimento radicular e tamanho das plantas, sendo que a maioria destes atributos foi mais afetada para o clone 1213 (sensível). O crescimento radicular foi o melhor indicador da condição de estresse causado pela hipoxia, com seu crescimento inibido mais para o clone 1213; o Mn não influenciou esta modificação. A condição de hipoxia ocasionou a formação de aerênquima no sistema radicular e o incremento de etileno na parte aérea de ambos os clones, sendo que este foi mais intenso para o clone 1213 (sensível). O clone 2719 (tolerante) respondeu mais rapidamente à hipoxia do que o clone sensível (1213), reduzindo a abertura estomática e, consequentemente, a taxa fotossintética, transpiração e concentração interna de CO2 a menores valores que o clone sensível (1213). Em condição de hipoxia e excesso de Mn, o clone sensível (1213) apresentou sintoma de toxidez de Mn como necroses amarronzadas e encarquilhamento de folhas novas, seguida pela perda de dominância apical. A deficiência de O2 no sistema radicular foi o primeiro fator a predispor os clones a SPEVRD, diferentemente do excesso de Mn que parece atuar em longo prazo para a completa expressão dos sintomas de Seca de Ponteiro.

The physiological disorder shoot die-back of eucalyptus in the Vale do Rio Doce (SPEVRD) is characterized by brownish necrotic lesions at the point of insertion of secondary branches and petioles, resulting in intense defoliation and, in the most extreme cases, in plant death. Close correlations of this problem were observed with hypoxic environments (low redox potential) and excess Mn in groundwater. This study aimed to investigate the mechanisms involved in the differential tolerance of eucalyptus clones to SPEVRD and their relationship to hypoxia and excess Mn. Three experiments were conducted for this purpose: Experiment I - treatments arranged in a factorial 2 x 2 x 5 design, represented by two clones (1213 - SPEVRD-sensitive and 2719 - SPEVRD-tolerant ); two O2 concentrations in solution (normal - 8 mg L-1 O2 and hypoxic - 1 mg L-1 O2); and five Mn concentrations (0, 5, 10, 30, and 90 mg L-1 MnCl2. 4H2O) . After the experiment, each plant was separated into old (mature) and new leaves, stem and roots, and oven-dried. These samples were ground and nitric/perchloric acid digested to determine Mn. Experiment II: The treatments consisted of a factorial 2 x 4 design, with: two clones - a sensitive (1213) and a tolerant (2719) and four O2 concentrations in nutrient solution (1, 4, 6, and 8 mg L-1 O2). The root and shoot length were measured 0 and 21 days after the beginning of the experiment. After 14 days, some physiological properties were evaluated: photosynthesis, stomatal conductance, transpiration, and internal CO2 concentration. Then, samples were taken from the root apex for anatomical analyses. At the end of the experiment, the plants were harvested and separated into old and new leaves, stems, and roots and oven-dried. Subsequently, the samples were digested to determine the macro and micronutrient levels. Experiment III: The treatments were arranged in a factorial 2 x 2 x 2 design, with two eucalyptus clones - 1213 (sensitive) and 2719 (tolerant), two O2 concentrations (normal - 8 mg L-1 and hypoxic - 6 mg L-1) and two Mn concentrations (30 and 300 mg L-1). The length of the root system was measured 0, 2, 5, 10, 15, 18 and 27 days after the beginning of the experiment. The gain in shoot height and throughout the experimental period was measured at the beginning and the end (27 days) of the experiment. At the end of the experiment, before harvest, the ethylene emitted by plants was quantified. Then, the seedlings were harvested and separated into old and young leaves, stems, and roots and oven-dried. We then determined the levels of macro and micronutrients. The hypoxic condition reduced the dry matter of the plant components, root growth and plant size. Most of these attributes were more affected in the sensitive clone 1213. Root growth was the best indicator of the stress caused by hypoxia; the growth of clone 1213 was most inhibited, while root growth inhibition was not influenced by Mn. The hypoxic condition caused the formation of aerenchyma in roots and increased ethylene in the shoots of both clones, mainly for the sensitive clone 1213. The tolerant clone 2719 responded faster to hypoxia than the sensitive clone (1213), reducing the stomatal opening and consequently the photosynthetic rate, transpiration and internal CO2 concentration to lower values than of the sensitive clone 1213. Under hypoxic conditions and excess Mn, the sensitive clone (1213) showed symptoms of Mn toxicity, e.g., brownish necrosis and shriveling of young leaves, followed by loss of apical dominance. The O2 deficiency in the root system is the first factor to predispose clones to SPEVRD, whereas Mn excess seems to have a long-term action until the eucalyptus die-back symptoms are fully expressed.