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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Alleviating the effects of water deficit on sugarcane through nitrogen nutrition : Amenizando os efeitos do déficit hídrico em cana-de-açúcar com a nutrição nitrogenada
Title Alternative: Amenizando os efeitos do déficit hídrico em cana-de-açúcar com a nutrição nitrogenada
Author: Pissolato, Maria Dolores, 1994-
Advisor: Ribeiro, Rafael Vasconcelos, 1977-
Abstract: Resumo: A água e o nitrogênio (N) são alguns dos fatores mais limitantes na produção agrícola mundial, ambos fortemente associados à assimilação fotossintética do CO2. As modificações no metabolismo de N em condição de déficit hídrico são relativamente pouco estudadas em plantas C4 e as informações ainda se encontram fragmentadas. Sabe-se que o radical óxido nítrico (NO) é uma importante molécula sinalizadora em vários sistemas biológicos, e tem papel protetor agindo principalmente no combate aos radicais livres formados sob estresse oxidativo. Os mecanismos de síntese do NO e sua regulação são complexos e pouco compreendidos. No entanto, a nitrato redutase (NR) é uma enzima chave para a assimilação de nitrogênio nas plantas e tem sido proposta como uma importante via enzimática para a produção de NO a partir da redução do nitrito. Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da nutrição nitrogenada nas respostas fisiológicas de cana-de-açúcar ao déficit hídrico, considerando a atividade fotossintética, o metabolismo antioxidante e o crescimento das plantas. A hipótese a ser testada é de que plantas que recebem mais nitrato como fonte de N terão uma maior atividade da NR e em situação de déficit hídrico produzirão mais NO, quando comparadas as que recebem menos nitrato. Espera-se que o NO produzido desempenhe um papel atenuador do déficit hídrico em plantas de cana-de-açúcar, reduzindo o dano oxidativo e melhorando a fotossíntese e o crescimento das plantas sob baixa disponibilidade hídrica. Plantas de cana-de-açúcar cresceram em solução nutritiva contendo a mesma concentração de N, porém, variando as proporções de nitrato:amônio em 100:0 e 70:30. Essas proporções foram definidas em experimento prévio, onde avaliamos as respostas da cana-de-açúcar à variação da relação amônio:nitrato e pudemos concluir que as plantas podem ser supridas com até 30% de amônio sem que haja comprometimento da fotossíntese e crescimento. O déficit hídrico foi induzido pela adição de PEG-8000 na solução nutritiva (reduzindo o potencial osmótico de -0,15 para -0,75 MPa). Plantas sob deficiência hídrica e supridas com mais nitrato (100:0) apresentaram maior acúmulo de nitrato e nitrito na raiz, assim como uma maior atividade da NR na raiz, em comparação às plantas supridas com menos nitrato (70:30). Além disso, as plantas supridas apenas com nitrato apresentaram maior produção de NO em raízes, maiores taxas fotossintéticas e condutância estomática, resultando em um maior acúmulo de biomassa. O menor acúmulo de espécies reativas de oxigênio (EROs) encontrado em plantas sob deficiência hídrica supridas apenas com nitrato foi associado ao aumento da atividade da catalase em folhas e da superóxido dismutase e ascorbato peroxidase em raízes. Dessa forma, concluímos que plantas supridas com mais nitrato apresentam maior atividade da NR e produzem mais NO, reduzindo o dano oxidativo causado pelo déficit hídrico e consequentemente favorecendo o metabolismo fotossintético sob baixa disponibilidade de água. Os resultados deste estudo também revelaram que a síntese de NO está associada ao aumento da atividade da NR, sendo uma importante via metabólica em plantas de cana-de-açúcar

Abstract: Water and nitrogen (N) are two of the most limiting factors in world agricultural production, both strongly associated with the photosynthetic CO2 assimilation. Modifications in the metabolism of N under water deficit conditions are less studied in C4 plants and the information available is still fragmented. It is known that the radical nitric oxide (NO) is an important signaling molecule in several biological systems, and has a protective role acting mainly against free radicals formed under oxidative stress. Although the mechanisms of NO synthesis and its regulation are complex and poorly understood, nitrate reductase (NR) is a key enzyme for the assimilation of nitrogen in plants and has been proposed as an important enzymatic pathway for NO production through nitrite reduction. Then, the objective of this work was to evaluate the influence of nitrogen nutrition on the physiological responses of sugarcane plants to water deficit, considering the photosynthetic activity, antioxidant metabolism and plant growth. The hypothesis to be tested is that plants receiving more nitrate as source of N will have a higher activity of NR and will produce more NO under water deficit when compared to plants supplied with less nitrate. We expected that NO alleviates the effects of water deficit in sugarcane plants, reducing oxidative damage and improving photosynthesis and plant growth under low water availability. Sugarcane plants were grown in nutrient solution containing the same N concentration, however, varying the proportions of nitrate:ammonium in 100:0 and 70:30. These proportions were defined in a previous experiment, in which we evaluated the responses of sugarcane to the variation of the nitrate:ammonium ratio. We found that plants can be supplied with up to 30% of ammonium without impairment of photosynthesis and growth. Water deficit was induced after adding PEG-8000 to the nutrient solution (reducing the osmotic potential from -0.15 to -0.75 MPa). Plants under water deficit and supplied with more nitrate (100:0) showed a higher root accumulation of nitrate and nitrite, as well as higher root NR activity when compared to plants supplied with less nitrate (70:30). In addition, plants supplied with only nitrate showed higher NO production in roots, higher photosynthetic rates and stomatal conductance, resulting in higher biomass. The lower accumulation of reactive oxygen species (ROS) found in plants under water deficit supplied 100:0 solution was associated with increased activity of catalase in leaves and superoxide dismutase and ascorbate peroxidase in roots. As conclusion, plants supplied with more nitrate presented higher NR activity and produced more NO, reducing the oxidative damage caused by water deficit and consequently favoring photosynthetic metabolism under low water availability. The results of this study also revealed that the NO synthesis is associated with increased NR activity, being an important metabolic pathway in sugarcane plants
Subject: Amonio
Antioxidantes
Enzimas
Nitratos
Óxido nítrico
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: PISSOLATO, Maria Dolores. Alleviating the effects of water deficit on sugarcane through nitrogen nutrition: Amenizando os efeitos do déficit hídrico em cana-de-açúcar com a nutrição nitrogenada. 2019. 1 recurso online (114 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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