Fungo micorrízico arbuscular e glicina betaína aumentam a tolerância de pinhão- manso em condições de estresse abiótico

Abstract

As associações micorrízicas arbusculares (MA) promovem melhorias no crescimento e desenvolvimento das plantas sob condições de baixa umidade, por possivelmente aumentarem as respostas das plantas ao déficit hídrico, podendo ser a glicina betaína (GB) um dos compostos induzidos relacionados à maior tolerância das plantas ao estresse hídrico. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial da MA e da aplicação exógena de GB no aumento de tolerância das mudas de Jatropha curcas ao estresse abiótico. Sementes de Jatropha curcas L. (Euphorbiaceae) foram lavadas em água destilada esterilizada e desinfestadas superficialmente em solução de hipoclorito de sódio (NaOCl) 4 % (v/v) por 15 min. Em seguida foram lavadas três vezes em água destilada esterilizada e tiveram o tegumento removido. Após a retirada do tegumento, as mesmas foram imersas em solução de NaOCl 4 % (v/v) por 15 min, seguidas de três lavagens sucessivas em água destilada esterilizada. Posteriormente, foram colocadas para germinar em bandejas contendo areia esterilizada, e mantidas em casa de vegetação, sendo irrigadas diariamente. Quinze dias após a germinação, as plântulas obtidas foram transplantadas para vasos contendo substrato constituído de uma mistura de solo e areia (1:1, v/v) e inoculado com cubos de meio de cultura contendo hifas, raízes de cenoura transformada e 100 esporos do FMA Glomus clarum. Após 60 dias da inoculação, metade das plantas recebeu aplicação foliar de GB, durante quatro dias, e em seguida foram submetidas ou não ao estresse hídrico pela suspensão da irrigação durante dois dias. O estresse salino foi induzido pela aplicação de solução de NaCl 600mM ao substrato de crescimento das plantas por sete dias e o estresse térmico pela exposição das plantas à temperatura de 50 °C por 36 h. G. clarum e GB alteraram as respostas das plantas ao déficit hídrico. A alocação de biomassa para as raízes (ABR) foi maior, cerca de 26 %, em plantas com déficit hídrico, tratadas com GB e inoculadas com G. clarum e naquelas bem irrigadas e tratadas com GB, enquanto que naquelas sem deficiência hídrica, tratadas com GB e inoculadas com G. clarum esse valor foi menor que aproximadamente 19 %. As plantas inoculadas com G. clarum apresentaram alta eficiência em assimilar nutrientes, sendo este efeito mais acentuado sob condição de estresse hídrico. A colonização com G. clarum e a adição de GB aumentou o conteúdo de potássio (K) em plantas sob déficit hídrico. Plantas inoculadas com G. clarum exibiram maior eficiência no uso da água quando submetidas ao estresse hídrico, diferentemente das plantas tratadas com GB, que apresentaram menor potencial hídrico foliar e foram menos eficientes no uso da água. Plantas tratadas com GB e colonizadas por G. clarum durante déficit hídrico exibiram ajustamentos significativos na captação e dissipação da luz e alta concentração de clorofila. Nas raízes, a colonização micorrízica reduziu acentuadamente a atividade da superóxido dismutase (SOD) em plantas sob estresse hídrico. A atividade das enzimas antioxidativas foi maior em plantas não micorrizadas do que em plantas micorrizadas (APX-ascorbato peroxidades e CAT- catalase), quando submetidas ao estresse hídrico. Reduções na atividade das enzimas POX (peroxidase), CAT e APX, em plantas micorrizadas não foram acompanhados por aumento nos teores de H2O2. Plantas de J. curcas mostraram-se, naturalmente, altamente tolerantes ao estresse hídrico, apresentando teores de espécies reativas de oxigênio (EROS) similares aos encontrados nas plantas bem irrigadas, tanto nas folhas quanto nas raízes. A inoculação micorrízica diminuiu os teores de H2O2 nas raízes e folhas das plantas sob estresse hídrico, indicando um menor acúmulo de EROS em mudas micorrizadas. A inoculação com G. clarum modificou a peroxidação de lipídeos nas raízes das plantas submetidas ao estresse hídrico. Nas folhas, o tratamento com GB aumentou a peroxidação de lipídeos nas plantas sob estresse hídrico que foram previamente inoculadas com G. clarum. Associação micorrízica arbuscular induziu ao aumento da expressão do gene JcBD1, que codifica a enzima betaína aldeído desidrogenase (uma importante enzima envolvida na biossíntese da glicina betaína), apenas quando as plantas foram submetidas ao estresse hídrico e salino e não quando as plantas foram expostas ao estresse térmico. Estas plantas que tiveram a expressão do gene JcBD1 aumentada, acumularam mais GB nas células. Em conclusão, G. clarum pode amenizar e, simultaneamente, compensar as limitações de crescimento impostas por condições de déficit hídrico, pela influência que exerce sobre a expressão do gene envolvido na biossíntese da GB, desempenhando, portanto, um papel essencial na tolerância ao estresse e na produção de biomassa por J. curcas, podendo ser utilizado como fator de atenuação das consequências do estresse hídrico em plantas de J. curcas.

The arbuscular mycorrhizal (AM) promotes improvements in growth and development of the plants under low moisture due to increase the response to water deficit. This response could be the production of glycine betaine (GB) which is related to greater tolerance of plants to drought stress. The aim of this study was determine the potential of AM and foliar application of GB to increase resistance of Jatropha curcas seedlings to abiotic stress. Seeds of Jatropha curcas L. (Euphorbiaceae) were washed in sterile distilled water and disinfested superficially in sodium hypochlorite solution (NaOCl) 4 % (v/v) for 15 min. Then were washed three times in sterile distilled water and had the integument removed. After removal of the integument, the seeds were immersed in a solution of NaOCl 4 % (v/v) for 15 min, followed by three successive washes in sterile distilled water. Later, were placed to germinate in trays containing sterile sand, were irrigated daily and kept in the greenhouse. Fifteen days after germination, seedlings obtained were transplanted to pots containing substrate soil and sand (1: 1, v/v) and inoculated with cubes of culture medium containing hyphae, carrot roots transformed and 100 spores of the AMF Glomus clarum. After 60 d, some plants were sprayed by GB in the leaves, for four days. After this time, the plants were submitted to drought stress by irrigation suspension for 2 d, to salinity stress by application of sodium chloride (600 mM) in the growth substrate for 7 d and to thermal stress by incubation the plants at 50 oC for 36 h. G. clarum and GB affected the response to drought stress. The biomass allocation for root was higher (~26%) in plants submitted to drought stress, GB-treated and inoculated with G. clarum or in those plants that were not submitted to drought stress, but GB-treated and inoculated with G. clarum. However, the plants not submitted to drought stress, GB-treated and inoculated with G. clarum, the biomass allocation was of 19%. The plants that were inoculated with G. clarum had high efficiency in the nutrients assimilation and, this effect is higher under drought stress condition. The colonization with G. clarum and GB application increased the potassium (K) content in plants that were submitted to drought stress. Furthermore, the plants inoculated had greater efficiency of the use of water when submitted to drought stress than the plants with application of GB. The plants treated with GB and inoculated with G. clarum during the drought stress had significant adjustments in the capture and light dissipation and high chlorophyll concentration. In the roots, the mycorrhiza colonization decreased the superoxide dismutase (SOD) activity, but only in plants under drought stress. Activities of ascorbate peroxidase (APX) and catalase (CAT) in both leaves and roots was greater in J. curcas non-inoculated than in the plant inoculated when submitted to drought stress. The decreases in activities of peroxidase (POX), APX and CAT in J. curcas with mycorrhizal were not accompanied by increase in the H2O2 content. J. curcas showed be highly tolerant to drought stress, with similar to the reactive oxygen species (EROS) content to found in plants that were not submitted to drought stress. In some plants, the mycorrhizal decreased the H2O2 content in the leaves and roots under drought stress, and this indicate a smaller accumulation of EROS in seedlings with mycorrhizal. The colonization with G. clarum modified the lipid peroxidation in roots under drought stress. In leaves, the GB application increased the lipid peroxidation in the plants under drought stress that were previously inoculated with fungus. Only when plants were submitted to thermal stress, the AM increased the JcBD1 gene expression and, these plants accumulated more GB. Therefore, G. clarum can decrease and, simultaneously, compensate the limitations of the growth under drought stress, by induce of the GB gene expression and thus the colonization with this fungus may be used for decrease the consequences of the water stress in the planting of J. curcas.