Resposta fotossintética à toxidez de ferro em diferentes cultivares de arroz

Abstract

O ferro é um nutriente essencial para as plantas. No entanto, a disponibilidade deste elemento para as plantas varia com as condições do solo e sistema de cultivo. Oryza sativa pode ser cultivado em dois sistemas distintos: irrigado e sequeiro. Em solos inundados, devido as condições anaeróbicas e de baixo pH, o ferro pode ser reduzido tornando-se altamente disponível. A absorção excessiva de ferro pode gerar toxidez nas plantas de arroz ocasionando perda de produtividade. Desta forma, o presente trabalho objetivou estabelecer uma relação entre os mecanismos fotoquímicos, bioquímicos, moleculares e de dissipação de energia em diferentes cultivares de arroz que permitam realizar uma seleção de cultivares tolerantes ao ferro. A utilização de citrato férrico (Fe+3) resultou em maior translocação deste metal para as folhas das plantas de arroz. No entanto, o ferro na forma reduzida (Fe+2) apresentou maior toxidez. O excesso de Fe+2 ocasionou reduções drásticas nas taxas fotossintéticas em diferentes cultivares de arroz. A queda fotossintética foi acompanhada pela redução na taxa de transporte de elétrons e aumento na dissipação regulada de energia. Esses parâmetros apresentaram-se sensíveis ao excesso de Fe+2 na solução nutritiva de cultivo. A redução na fotossíntese deveu-se a limitações na fixação do carbono pelas plantas de arroz expostas ao excesso de ferro. Danos decorrentes do estresse por Fe+2 ocasionaram um reparo ineficiente da proteína D1 do fotossistema II, observado pela diminuição na expressão do gene OspsbA. As plantas de arroz aumentaram a expressão do gene OsFER1 em uma tentativa de minimizar o excesso de ferro nos componentes celulares. Além dos danos fisiológicos, o excesso de ferro afetou a absorção e translocação de outros minerais, reduzindo o teor de P e Mg nas folhas. Os parâmetros fisiológicos de trocas gasosas e fluorescência da clorofila a mostraram-se sensíveis aos efeitos tóxicos do ferro.

Iron is an essential nutrient for plants. However, the availability of this element to plants varies with soil conditions and crop system. Oryza sativa can be cultivated on two different systems: irrigated lowland and upland. In flooded soils, due to anaerobic conditions and low pH, the iron can be reduced becoming highly available. Excessive absorption of iron may cause toxicity in rice plants leading to productivity decrease. Thus, this study aims to establish a relationship among the photochemical, biochemical and molecular mechanisms and energy dissipation system on different rice genotypes allowing a selection of iron tolerant genotypes. The use of ferric citrate (Fe+3) resulted in greater translocation of this metal to the leaves of rice plants. However, the reduced iron (Fe+2) showed a higher toxicity. The excess of Fe+2 caused drastic reductions on photosynthetic rates in different rice genotypes. The photosynthetic decrease was accompanied by a reduction of electron transport rate and an increase of regulated energy dissipation. These parameters were also susceptible to excessive Fe+2 in the nutrient solution. The reduction on photosynthesis was due to limitations on carbon fixation by rice plants exposed to excessive iron. The damage resulted from the Fe+2 stress caused an inefficient repair of photosystem II D1 protein, being observed by a decrease of OspsbA gene expression. The rice plants increased OsFERl gene expression in an attempt to minimize the iron overload in cellular components. Besides the physiological damage, excessive iron affected the absorption and translocation of other minerals, reducing the P and Mg levels in leaves. The physiological parameters of gas exchange and chlorophyll fluorescence revealed a sensibility to the toxic effects of iron.