Variação nos níveis de prolina, diamina e poliaminas em cultivares de trigo submetidas a déficits hídricos

Proline, diamine and polyamines accumulation in wheat cultivars submitted to water deficits

Resumos

O objetivo deste trabalho foi avaliar duas cultivares de trigo (Triticum aestivum L.) Anahuac e IAC-24, cultivadas em solo arenoso, sob três regimes de umidade do solo (-0,027 a -0,1 MPa; -0,027 a -0,045 MPa; e -0,027 MPa -- irrigação constante). Foram analisadas as variações nos níveis de prolina, da diamina (putrescina) e das poliaminas (espermina e espermidina) e o teor relativo de água (TRA) durante o perfilhamento, emborrachamento, floração e no enchimento dos grãos. Nas plantas submetidas a déficits hídricos foi verificada menor TRA e acúmulo de prolina e putrescina; em relação às poliaminas não foram observadas diferenças entre os tratamentos. Nos tratamentos sob déficit hídrico, a cultivar IAC-24 apresentou teores mais elevados de prolina e putrescina, o mesmo sendo verificado com a cultivar Anahuac quando submetida a tratamento sem déficit hídrico.

Triticum aestivum; putrescina; espermidina; espermina; estresse hídrico

Variação nos níveis de prolina, diamina e poliaminas em cultivares de trigo submetidas a déficits hídricos(¹)

Terezinha de Fátima Fumis(²) e José Figueiredo Pedras(³)

Resumo ¾ O objetivo deste trabalho foi avaliar duas cultivares de trigo (Triticum aestivum L.) Anahuac e IAC-24, cultivadas em solo arenoso, sob três regimes de umidade do solo (-0,027 a -0,1 MPa; -0,027 a -0,045 MPa; e -0,027 MPa ¾ irrigação constante). Foram analisadas as variações nos níveis de prolina, da diamina (putrescina) e das poliaminas (espermina e espermidina) e o teor relativo de água (TRA) durante o perfilhamento, emborrachamento, floração e no enchimento dos grãos. Nas plantas submetidas a déficits hídricos foi verificada menor TRA e acúmulo de prolina e putrescina; em relação às poliaminas não foram observadas diferenças entre os tratamentos. Nos tratamentos sob déficit hídrico, a cultivar IAC-24 apresentou teores mais elevados de prolina e putrescina, o mesmo sendo verificado com a cultivar Anahuac quando submetida a tratamento sem déficit hídrico.

Termos para indexação: Triticum aestivum, putrescina, espermidina, espermina, estresse hídrico.

Proline, diamine and polyamines accumulation in wheat cultivars submitted to water deficits

Abstract ¾ The objective of this work was to evaluate two wheat (Triticum aestivum L.) cultivars, Anahuac and IAC-24, developed in sandy texture soil, under three levels of soil humidity (-0.027 to -0.1 MPa; -0.027 to -0.045 MPa; and -0.027 MPa constantly irrigated). The variation in the levels of proline, diamine (putrescine) and polyamines (spermine and spermidine) content and the relative water content (RWC) during the tillering, booting, flowering and grain-filling was determined. The plants under water deficits presented smaller RWC and higher levels of proline and putrescine. In relation to the polyamines it wasn't observed difference among the treatments. The cv. IAC-24 under water deficit presented a higher content of proline and putrescine while the Anahuac showed the same results in the treatments without water deficit.

Index terms: Triticum aestivum, putrescine, spermidine, spermine, drought stress.

Introdução

As plantas, quando expostas a diversos tipos de estresse ambiental, notadamente o hídrico, podem apresentar acúmulo de prolina, putrescina e poliaminas. O acúmulo desses compostos sob déficit hídrico tem sido associado com a tolerância das plantas a essa condição desfavorável, podendo representar um mecanismo regulador da perda de água, mediante aumento da osmolaridade celular (potencial hídrico).

Sob a influência do estresse, a síntese de proteínas é inibida e a degradação de proteínas é acelerada, o que leva a um acúmulo de aminoácidos e aminas livres. Uma característica marcante de um distúrbio no metabolismo das proteínas é a mudança nas proporções dos aminoácidos e, freqüentemente, um aumento elevado na concentração de prolina (Larcher, 2000).

Vários autores relataram acúmulo de prolina quando as plantas foram submetidas ao déficit hídrico (Shevyakova, 1984; Hare & Cress, 1997; Carceller et al., 1999; Lazcano-Ferrat & Lovatt, 1999).

O acúmulo de prolina nas plantas sob estresse poderia ser decorrente da regulação osmótica e proteção da integridade celular (Stewart & Lee, 1974; Shevyakova, 1984). Tal acúmulo teria também a função de proteger as células dos processos de desnaturação sob estresse hídrico e salino (Shevyakova, 1984), ou ainda participar na constituição de um estoque de N e C que poderia ser utilizado depois do período de estresse (Taylor, 1996).

Embora vários trabalhos tenham relacionado a função protetora da prolina na adaptação das células sob estresse osmótico, ainda existem dúvidas se o acúmulo desse composto nos tecidos das plantas proporciona vantagem adaptativa ou simplesmente é uma conseqüência acidental de outros estresses, induzindo mudanças no metabolismo (Hare & Cress, 1997).

A diamina (putrescina) e as poliaminas (espermidina e espermina) estão presentes em inúmeras etapas do crescimento e diferenciação das plantas, como a germinação, divisão celular, diferenciação das folhas, flores e raízes, desenvolvimento da flor e fruto; senescência dos órgãos e outros (Galston & Kaur-Sawhney, 1995). Em vários tipos de estresse ambiental, principalmente o hídrico, verificou-se acúmulo desses compostos (Flores & Galston, 1982b), principalmente em relação a putrescina (Aziz & Larher, 1995; Zhang et al., 1996; Aziz et al.,1997), todavia ainda não está claro em que circunstâncias esses compostos contribuem para a adaptação das plantas ao estresse (Aziz & Larher, 1995; Galston et al., 1997).

O aumento tanto nos níveis de putrescina e prolina poderiam estar associados nas plantas, podendo o aumento deles estar relacionados com a resistência à seca (Aziz & Larher, 1995).

O objetivo deste trabalho foi avaliar as variações de prolina, diamina (putrescina) e poliaminas (espermidina e espermina) em cultivares de trigo submetidas a diferentes regimes de umidade.

Material e Métodos

O trabalho foi realizado em casa de vegetação no Departamento de Ciências Biológicas da Faculdade de Ciências do Campus de Bauru, SP, Unesp, no período de maio a setembro de 1995. Utilizaram-se as cultivares de trigo (Triticum aestivum L.) Anahuac e IAC24.

Foram utilizados 36 vasos por cultivar. Cada vaso, de plástico impermeável, recebeu 10 kg de terra de textura arenosa. Para minimizar os efeitos da evaporação e melhorar a uniformidade entre os tratamentos, os vasos foram cobertos com plástico flexível transparente. No controle das irrigações, os vasos eram pesados diariamente, para posterior reposição da água evapotranspirada no período, sempre que necessário.

A partir do 18^o dia após o transplantio, teve início a diferenciação dos tratamentos, em relação aos três regimes hídricos: -0,027 a -0,1 MPa; -0,027 a -0,045 MPa; e -0,027 MPa (constantemente irrigado).

Na determinação de prolina, usou-se o método de Bates et al. (1973) modificado por Torello & Rice (1986), e na determinação da diamina e poliaminas, o método de Flores & Galston (1982a), cujos valores foram quantificados por espectroscopia de fluorescência. O teor relativo de água (TRA) foi avaliado segundo Barrs (1968), a partir da retirada dos discos da folha. As determinações de prolina, diamina, poliaminas e TRA foram realizadas nas folhas de trigo mais novas, completamente desenvolvidas.

O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 x 3 x 4, correspondente a duas cultivares de trigo (Anahuac e IAC-24), três regimes de umidade do solo e quatro épocas de coleta de plantas (30, 50, 70 e 90 dias após o transplantio, correspondendo, respectivamente, ao perfilhamento, emborrachamento, florescimento e formação de grãos), com três repetições e duas plantas por coleta.

Os resultados obtidos foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

Resultados e Discussão

As variáveis prolina, putrescina, poliaminas e o teor relativo de água apresentaram significância estatística entre cultivares, tratamentos e coletas, e na interação entre cultivares e tratamentos e coletas.

Em relação aos níveis de prolina, houve efeito significativo em todos os tratamentos nos quatro estádios de desenvolvimento das duas cultivares (Tabela 1). Os menores valores foram observados no tratamento constantemente irrigado e aumentou à medida que diminuiu a umidade do solo. No tratamento mais úmido, a cv. Anahuac apresentou teores mais elevados de prolina; enquanto nos demais tratamentos, com exceção do tratamento T1(-0,027 a -0,1 MPa), aos 90 dias após transplantio, apresentou níveis menores, quando comparado com a cv. IAC-24.

O aumento do déficit hídrico promoveu incremento nos teores de prolina nas folhas das plantas (Tabela 1). Resultados semelhantes foram obtidos para o algodão (McMichael & Elmore, 1977); trigo (Heerden & Villiers, 1996; Strauss & Agenbag, 1998); feijão (Lazcano-Ferrat & Lovatt, 1999); e milho (Carceller et al., 1999).

O aumento dos teores de prolina nas plantas de trigo sob déficit hídrico poderia ser atribuído ao aumento das atividades das enzimas envolvidas na síntese deste aminoácido (Kandpal & Rao, 1982) ou à inibição da oxidação da prolina (Kiyosue et al., 1996).

A cultivar Anahuac, no tratamento mais úmido, apresentou menores variações nos teores de prolina, mas ainda assim um pouco mais elevados que os observados em relação a IAC-24. No tratamento submetido ao maior déficit hídrico, verificaram-se, no início, valores menores de prolina com aumento gradativo no decorrer do ciclo. Apenas na fase de produção de grãos houve maior acúmulo desse composto. A cv. IAC-24 quando submetida ao mesmo tratamento apresentou valores elevados de prolina no início, permanecendo constante com o decorrer das coletas (Tabela 1). Portanto, sob déficit hídrico, a cv. IAC-24 apresentou melhor aclimatação ao estresse.

O acúmulo de prolina durante o estresse hídrico pode ser um indicador potencial de tolerância à seca em cultivares de trigo (Heerden & Villiers, 1996).

Foi observado entre a putrescina e a espermidina e espermina resultados significativos dos três regimes hídricos, principalmente em relação a putrescina (Tabela 1).

Nas duas cultivares, os níveis de putrescina aumentaram quando as plantas foram submetidas a déficits hídricos; a cv. IAC-24 apresentou os maiores níveis em todas as coletas em relação aos tratamentos sob estresse, e somente no tratamento irrigado a cv. Anahuac teve teores um pouco mais elevados da amina, embora não significativos, à exceção do verificado aos 70 dias após o transplantio (Tabela 1). Os níveis de espermidina e espermina foram menores que o de putrescina e não apresentaram diferenças tão nítidas em relação aos tratamentos e coletas quando comparados com a putrescina (Tabela 1). Os resultados relativos à putrescina estão de acordo com os verificados com aveia, cevada, milho e trigo (Flores & Galston, 1982b, 1984); cana-de-açúcar (Zhang et al., 1996); e Brassica napus L. (Aziz et al., 1997) quando submetidos a déficits hídricos.

Flores & Galston (1982b) relataram aumento de putrescina nas plantas de aveia expostas ao estresse osmótico, com um gradual declínio no conteúdo de espermina e espermidina. Resultados semelhantes foram verificados por esses autores em relação ao trigo, o mesmo ocorrendo com Xu et al. (1995); Zhang et al. (1996), com cana-de-açúcar; e Aziz et al. (1997), com Brassica napus L. No presente experimento o mesmo comportamento foi observado em relação aos níveis de espermidina, principalmente na cv. IAC-24.

Nas plantas sob déficit hídrico, os valores do TRA obtidos ao longo do ciclo foram menores, notadamente na cv. Anahuac, que apresentou efeitos significativos entre os tratamentos (Tabela 1). A cv. IAC-24 apresentou teores pouco variáveis no decorrer do experimento enquanto na Anahuac houve declínio (Tabela 1). Esta resposta da IAC-24 poderia indicar sua adaptação ao déficit hídrico através de sua maior capacidade de ajustamento osmótico, como verificado em plantas de trigo por Denadai (1989).

A cv. Anahuac apresentou correlações significativas negativas quanto a TRA e prolina nos dois tratamentos submetidos ao estresse hídrico: -0,027 a -0,1 MPa (r = -0,923*) e -0,027 a -0,045 MPa (r = -0,836*), resultado semelhante foi obtido em plantas de feijão submetidas a déficit hídrico (Lazcano-Ferrat & Lovatt, 1999). Por outro lado, a cv. IAC-24 não apresentou correlações significativas, nos três tratamentos, entre as duas variáveis analisadas. Assim como verificado quanto à prolina, apenas a cv. Anahuac apresentou correlações significativas negativas de TRA e putrescina, e também somente nos tratamentos submetidos a déficit hídrico: -0,027 a -0,1 MPa (r = -0,970*) e -0,027 a -0,045 MPa (r = -0,891*).

Quando comparados os dados de prolina e putrescina com o TRA, verificou-se que o aumento desses compostos teria facilitado o ajustamento osmótico, sendo a IAC-24 a que apresentou melhor adaptação às condições de estresse, pelos valores constantes de prolina e putrescina e de TRA encontrados. A ocorrência do ajustamento osmótico já no início do déficit hídrico poderia ter favorecido o melhor desempenho desta cultivar. Resultado que pode ser confirmado com a redução de 63,4% e 83,5% na produção de grãos, da cv. Anahuac, nos tratamentos submetidos ao menor déficit hídrico e ao mais elevado; e de 39,1% e 74,1% da cv. IAC-24, respectivamente, em relação ao tratamento irrigado constantemente.

Conclusões

1. A cv. IAC-24 é mais adaptada às condições de estresse hídrico.

2. O aumento de prolina e putrescina nas plantas de trigo é indicador de estresse hídrico, na cv. Anahuac, e protetor de estresse hídrico, na cv. IAC-24.

Agradecimentos

À Fundunesp, pelo suporte financeiro; à Dra. Jurema Schons e Dra. Sheila Zambello de Pinho, pela contribuição na realização deste trabalho.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  17 Jun 2002
• Data do Fascículo
  Abr 2002

Histórico

• Aceito
  18 Jul 2001