Further Research - 6 Case Study - Machine learning in bankruptcy prediction : utilizing machine

6 Case Study

7.5 Further Research

RESUMO – A fotossíntese, processo que ocorre principalmente em vegetais, é um

dos mais importantes para a existência da vida na Terra e está diretamente relacionada com a produtividade das importantes culturas agrícolas, como a cana- de-açúcar. A salinidade de solos é um estresse abiótico que pode atingir negativamente a fotossíntese e o desenvolvimento das plantas. Dessa forma, plantas jovens de cana-de-açúcar, das cv. SP 81-3250 e IAC 87-3396, foram submetidas ao estresse salino nas concentrações de 0, 40, 80 e 160mM de NaCl, mediante o estudo de variáveis fisiológicas-bioquímicas, com o objetivo de verificar: (I) o efeito do estresse salino nas trocas gasosas, (II) a interferência do estresse salino na atividade da enzima redutase do nitrato, (III) as mudanças no crescimento das diferentes cultivares de cana-de-açúcar sob estresse. Para tanto, realizou-se as seguintes análises: teor de Na+, área foliar e massa seca das folhas, a atividade da enzima redutase do nitrato, taxa fotossintética, CO2 intracelular, condutância

estomática, transpiração, teores de clorofila, Fv/Fm e potencial hídrico foliar, aos 30 dias sob estresse. A análise dos resultados mostra que, apesar do NaCl ter reduzido a massa seca de ambas as cultivares, a salinidade atingiu mais drasticamente a cv. IAC 87-3396 que apresentou maior redução de trocas gasosas, área foliar e massa seca. Conclui-se, portanto, que a cv. IAC 87-3396 é mais suscetível ao estresse salino.

Palavras-chave: condutância estomática, fotossíntese, NaCl, redutase do nitrato, Saccharum spp.

CHAPTER 3 – GAS EXCHANGE IN YOUNG SUGARCANE PLANTS UNDER SALT STRESS

ABSTRACT – Photosynthesis process that occurs mainly in plants is one of the most

important for the existence of life on Earth and it is directly related to the productivity of important agricultural crops such as sugarcane. Soil salinity is an abiotic stress which can negatively affect photosynthesis and plant development. Thus, young sugarcane plants, SP 81-3250 and IAC 87-3396 cultivars, it were submitted to salt stress at 0, 40, 80 and 160 mM of NaCl concentrations, through the study of physiological-biochemical variables, in order to verify: (i) the effect of salt stress on gas exchange, (ii) the interference of salt stress on the activity of the nitrate reductase enzyme, (iii) changes in growth of different sugarcane cultivars under salt stress. To this end, the following analysis was performed: Na+ content, leaf area and dry mass of leaves, the activity of nitrate reductase enzyme, photosynthetic rate, intracellular CO2, stomatal conductance, transpiration, chlorophyll content, Fv/Fm

and leaf potential water, 30 days after stress application. The analysis shows that although NaCl have reduced the dry weight of both cultivars, salinity reached more dramatically the cv. IAC 87-3396 with the highest reduction of gas exchange, leaf area and dry mass. It follows, therefore, that cv. IAC 87-3396 is more susceptible to salt stress.

Keywords: stomatal conductance, photosynthesis, NaCl, nitrate reductase, Saccharum spp.

1. INTRODUÇÃO

A salinidade do solo é um dos estresses abióticos mais prejudiciais para o desenvolvimento das culturas (MUNNS; GILLIHAM, 2015; TESTER; DAVENPORT, 2003; JAMES et al, 2012) e que se expandiu gravemente em muitas partes do mundo. O estresse salino pode ocorrer de forma natural pela formação geológica do solo, ou pela ação humana, como a irrigação inadequada. O aquecimento global, que é um dos mais graves problemas ambientais que atingem o planeta atualmente, é um fator agravante ao estresse salino. Isto, porque, eleva o nível dos mares, provoca inundação das zonas costeiras e altera o equilíbrio hidrológico dos solos que contêm sais (JAMES et al, 2012; HAKIM et al, 2014). Sais em excesso podem prejudicar os principais processos das plantas, como a fotossíntese, o crescimento, o metabolismo energético e lipídico, a síntese de moléculas essenciais, como proteínas e causar desequilíbrios nutricionais (RAHIMI; BIGLARIFARD, 2011). Quando a planta entra em contato com concentrações elevadas de sal há redução na absorção de água pelas raízes que conduz a um processo de deficiência hídrica (MUNNS; TESTER, 2008; PLAZEK et al, 2013.). Além disso, a planta pode absorver sais do solo com água. O acúmulo de íons em plantas provoca toxicidade, induzindo à redução da área foliar da planta e até mesmo a morte das folhas, atingindo, principalmente, as folhas mais velhas (KURUM et al., 2013). A salinidade altera o processo fotossintético, em especial, quanto à redução da área foliar da planta, os teores de clorofila e condutância estomática e prejudica a eficiência do fotossistema II (FSII), limitando a taxa fotossintética da planta (MUNNS et al., 2006; SENGAR et al, 2013).

A cana-de-açúcar é uma cultura de grande importância na produção de açúcar e etanol. O Brasil é o maior produtor de cana do mundo, especialmente pela autossuficiência na produção e exportação da cultura em todo o mundo. A cultura no Brasil é responsável por 17,5% da energia primária (MANTOAM et al., 2014). A diversidade de áreas de cultivo de cana-de-açúcar no mundo é grande, acarretando no seu desenvolvimento em diferentes ambientes. Estima-se que 1 milhão de hectares de terras cultivadas com esta cultura seja afetada pela salinidade ou

sodicidade (PATADE et al., 2008). Cada cultivar desta espécie pode responder de forma diferente ao estresse salino (SENGAR et al., 2013) evidenciando a importância de se estudar o desenvolvimento de diferentes cultivares sob estresse, a fim de selecionar cultivares mais adequadas para cada ambiente. A cana-de-açúcar é uma planta glicófita, moderadamente sensível à salinidade por apresentar sintomas de toxicidade sob estresse salino (GOMATHI; THANDAPANI, 2005; KUMAR et al, 2014; MAATHUIS, 2014). Os primeiros sintomas da salinidade estão relacionados com a redução da fotossíntese e crescimento celular, que ocasionarão, consequentemente, em perdas na produtividade agrícola (CHAVES et al., 2009).

Diferentes espécies e genótipos das mesmas espécies responderão de diferentes formas ao estresse salino. Entre os fatores relacionados com os mecanismos fisiológicos das plantas sob salinidade, a habilidade de excluir os íons tóxicos ou, quando absorvidos, compartimentalizá-los nos vacúolos, são mecanismos que conferem tolerância ao sal (PLETT; MOLLER, 2010).

O objetivo deste estudo foi verificar o efeito do estresse salino: (i) nas trocas gasosas, (II) na atividade da enzima redutase do nitrato, (III) no crescimento das diferentes cultivares de plantas jovens de cana-de-açúcar.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1. Delineamento experimental e adubação

O experimento foi conduzido na Universidade Estadual Paulista – Unesp, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias – FCAV, Câmpus de Jaboticabal, São Paulo, Brasil, no período de fevereiro a março de 2014. Os vasos foram montados em casa de vegetação com temperatura e umidade relativa média de 30 °C e 40%, respectivamente. As plantas foram obtidas a partir de mini-toletes fornecidos pela APTA – Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios, utilizando-se duas cultivares: SP 81-3250 e IAC 87-3396, transplantadas em vasos de 2 L. Foi utilizado

um Latossolo Vermelho distrófico, coletado de uma profundidade de 0-20 cm, com a seguinte caracterização química: pH de 5,7; 10 mg dm-3_{de matéria orgânica; 0,1 mg}

kg-1 de Na+; 26 mg dm-3 de P (resina); 1,6 mmolc dm-3 de K; 34 mmolc dm-3 de Ca; 21 mmolc dm-3 de Mg; 12 mmolc dm-1 de H + Al; 341 g kg-1de argila; 28 g kg-1de silte; 310 g kg-1 de areia fina; 321 g kg-1 de 20 areia grossa; classe textural média e densidade de 1,24 kg dm-3. A adubação do solo foi realizada segundo a recomendação da cultura (RAIJ et al., 1997), em três parcelas com intervalo de 10 dias, sendo utilizados: 0,3 g vaso-1 de NH4H2PO4 e 0,35 g vaso-1 de KH2PO4

(incorporados antes do transplantio) e 0,45 g vaso-1 de uréia e 0,35 g vaso-1 de K2SO4 (segunda e terceira parcelas, em cobertura). Não houve restrição hídrica. A

irrigação foi realizada diariamente, de forma a repor a perda de água pela evapotranspiração.

O delineamento experimental foi inteiramente casualisado, em esquema fatorial 2 x 4, sendo 2 cultivares de cana-de-açúcar (SP 81-3250 e IAC 87-3396) x 4 concentrações de NaCl (0, 40, 80 e 160 mM), com quatro repetições por tratamento. Após 30 dias desenvolvimento, as plantas receberam o estresse. As plantas foram colhidas e analisadas 30 dias após aplicação do estresse, ou seja, plantas com 60 dias de desenvolvimento.

2.2. Salinização do solo

A salinização do solo foi realizada de acordo com o método proposto por Raij et al. (2001). Para isto, foi realizado um ensaio preliminar que consistia de salinização de 0,1 dm3 de solo com 30 ml de solução salina, em doses de 0, 200, 400 e 800 mg L-1 no solo, utilizando como fonte de solução salina de NaCl (Sigma- Aldrich). Após 24 horas de secagem, as amostras foram peneiradas (malha de 2 mm) e uma amostra de 10 cm3 foi recolhida adicionando 50 mL de água deionizada. Depois de se agitar durante 15 minutos, seguido de decantação, o sobrenadante foi filtrado e a sua condutividade elétrica lida. A condutividade elétrica do solo em doses de Na, após a adição de NaCl, foi de cerca de 0, 2, 4 e 8 dS m-1, respectivamente,

como a curva de calibração feita e relacionada com a concentração no solo e a respectiva condutividade elétrica. Assim, as concentrações utilizadas foram de 0, 40, 80 e 160 mM de NaCl.

2.3. Trocas gasosas: fotossíntese (A), condutância estomática (gs), transpiração (E) e Ci (CO2 intracelular)

As avaliações das trocas gasosas foram realizadas com analisador portátil de gás infravermelho (IRGA), modelo SD-ADC biotecnocientíficas LCpro (Sistema Serial No.33726) usando uma fonte de luz LED (azul e vermelho) com uma intensidade de luz 2.000 mol m-2 s-1 . A temperatura da câmara foi mantida constante em torno de 26-27 ºC. Foi usada concentração de CO2 atmosférico. As folhas foram

expostas a intensidade da luz para a estabilização dos gs e E. Foram utilizadas três medidas para cada planta, a cada 30 segundos, após a estabilização. As medidas foram realizadas entre 09:30 - 11:30. Finalmente, a média para A, gs, E e C foram coletados, utilizando para isso a folha +1 (KUIJPER, 1915).

2.4. Crescimento das plântulas (massa seca e área foliar)

Foi realizada a aferição da área foliar utilizando-se o sistema de analise de imagem Delta–T Devices LTD e, subsequentemente, a massa seca foi avaliada secando-se as amostras em estufa com ventilação forçada à temperatura de 65°C até peso constante, em sacos de papel. A massa seca foi obtida em balança analítica Denver Instruments Company AA-200, com precisão de 1x10-8 g.

2.5. Atividade da enzima redutase do nitrato

A atividade da enzima redutase do nitrato foi determinada pelo método ‘in vivo’ nos tecidos de folhas, segundo por Jaworski (1971). Após a eliminação das nervuras, foram coletados 20 discos foliares de diâmetro de 1 cm, com a ajuda de um furador de rolhas. Os discos foram colocados em um frasco escuro contendo 10 mL do meio de incubação (Tampão fosfato 100 mM, pH 7,2; KNO3 50 Mm; n- propanol 1% (v/v); triton X-100 0,1% (v/v)). O frasco, colocado em um dissecador, foi submetido a vácuo (60 cm Hg) por um minuto, com posterior reintrodução do ar, repetindo-se por três vezes. Em seguida foi incubado por uma hora à temperatura de 30oC. Devido à formação de nitrito, pela reação com a redutase do nitrato, uma alíquota do meio foi retirada para a determinação do nitrito (NICHOLAS et al., 1976).

2.6. Teores foliares de Na+

A análise dos teores de Na+_{das plantas jovens das duas cultivares de cana-}

de-açúcar, foram realizadas na folha +3. A quantificação foi realizada no Laboratório de Tecido Vegetal do Departamento de Ciência do Solo, Faculdade de Agronomia Luis de Queiroz - ESALQ / USP, determinado por fotometria de chama, segundo Bloise e Moreira (1976), utilizando-se a folha +3 (KUIJPER, 1915).

2.7. Aferição indireta dos teores de clorofila

Para determinar o teor de clorofila total foi utilizado um SPAD-502 modelo de medidor portátil (Soil and Plant Analysis Development), Minolta Co, usando folha +1 (KUIJPER, 1915).

2.8. Eficiência fotoquímica do FSII (Fv / Fm)

A eficiência fotoquímica do FSII (Fv / Fm) da folha +1 (KUIJPER, 1915) totalmente expandida foi medida in vivo, após as folhas serem adaptadas ao escuro durante 30 minutos, utilizando um fluorômetro portátil, modelo OS-30p (Opti- Science, EUA).

2.9. Potencial hídrico foliar (Ψw)

O potencial da água da folha foi determinado entre 04h30min 05h30min e de acordo com Scholander (1956), utilizando um modelo M670 câmara de pressão (SPM Instrument Co., Albany, Nova Iorque, EUA), realizado em folhas +2 (KUIJPER, 1915).

2.10. Análise estatística

A análise estatística foi realizada pelo software estatístico AGROSTAT (BARBOSA; MALDONADO JUNIOR, 2011). Os dados foram submetidos à análise de variância pelo teste F e as diferenças significativas entre os tratamentos foram comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.

3. RESULTADOS

3.1. Trocas gasosas: fotossíntese (A), condutância estomática (gs), transpiração (E) e Ci (CO2 intracelular)

A taxa fotossintética das plantas da cv. SP 81-3250 não respondeu significativamente para as concentrações de NaCl. Entretanto, a cv. IAC 87-3396 respondeu negativamente reduzindo a atividade fotossintética conforme submetida ao estresse salino (Figura 1). Este mesmo resultado pode ser observado para a condutância estomática que somente variou na cv. IAC 87-3396, demonstrando diminuição desta variável (Tabela 1). As variáveis Ci e E não apresentaram resultados significativos dentro das concentrações salinas (Tabela 1). A cultivar IAC 87-3396 apresentou redução em gs desde a concentração de 40 mM de NaCl (Tabela 1).

3.2. Crescimento das plântulas (massa seca e área foliar)

A massa de matéria seca das plantas de cana-de-açúcar foi reduzida pelo estresse salino em ambas as cultivares (Figura 3A). A área foliar da cv. SP 81-3250 não apresentou variação conforme estresse salino, ao contrário da cv. IAC 87-3396 que reduziu drasticamente esta variável (Figura 3B).

Figura 1. Taxa fotossintética em plantas jovens de duas cultivares de cana-de-

açúcar (SP 81-3250 e IAC 87-3396), sob quatro concentrações de NaCl (0, 40, 80, 160 mM). Letras maiúsculas entre cultivares e minúsculas entre tratamentos mostram diferenças significativas (p ≤ 0.05) conforme teste Tukey. Valores são médias ± DP (n=4).

Ba Ba Aa Aa Aa Aab Ab Ac 0 5 10 15 20 0 40 80 160 A (µ m ol.m -2.s -1) NaCl (mM) SP IAC

Tabela 1. Resultados da concentração de sódio (Na+), CO2 intracelular (Ci), condutância estomática

(gs), transpiração (E), teores de clorofilas, eficiência fotoquímica do FSII (Fv/Fm) e potencial hídrico (ψw), em plantas jovens de cana-de-açúcar, cultivares SP 81-3250 e IAC 87-3396 submetidas às

concentrações de 0, 40, 80 e 160 mM de NaCl, após 30 dias de desenvolvimento sob estresse salino

Letras maiúsculas entre cultivares e minúsculas entre tratamentos mostram diferenças significativas (p ≤ 0.05) conforme teste Tukey. Valores são médias ± DP (n=4).

Na+ (g kg-1)