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Trocas gasosas e injúrias foliares visíveis em plantas jovens de Astronium graveolens Jacq. fumigadas com ozônio

Gas exchange and visible leaf injuries in saplings of Astronium graveolens Jacq. fumigated with ozone

Astronium graveolens Jacq. é uma espécie arbórea de grande ocorrência na floresta atlântica de encosta e do interior do Estado de São Paulo. Como as concentrações de ozônio (O3) no Estado de São Paulo são fitotóxicas, decidiu-se avaliar algumas respostas fisiológicas e bioquímicas da espécie ao O3 devido sua importância em programas de recuperação de áreas degradadas. Plantas jovens foram mantidas em câmaras fechadas, uma com ar filtrado (AF) e outra com ar filtrado enriquecido com O3 (AF + O3, 100 ppb, 4 h dia-1, 7 dias, n = 9). As injúrias foliares foram avaliadas diariamente e ao final da fumigação foram determinadas a assimilação de carbono (A), condutância estomática (gs), transpiração (E), concentração interna de CO2 (Ci), assimilação máxima de carbono (Amax), peroxidação de lipídios (PL) e permeabilidade relativa de eletrólitos (PRE). O O3 induziu o surgimento de injúrias foliares e reduziu A, gs, E e Amax, porém não alterou Ci, PL e PRE. A espécie é medianamente sensível ao O3. Experimentos de longa duração devem ser realizados para verificar se a redução nas trocas gasosas pode prejudicar o crescimento a ponto de reduzir sua aplicação em programas de reflorestamento.

espécies arbóreas tropicais; ozônio troposférico; poluição do ar


ABSTRACT

Astronium graveolens Jacq. is a tree species of large occurrence in the Atlantic and the semideciduous forests. As ozone (O3) concentrations in São Paulo State are phytotoxic, it was decided to determine some physiological and biochemical responses of this species to O3 due to its importance in reclamation programs. Saplings were kept in two closed chambers: filtered air (FA) and filtered air enriched with O3 (AF + O3, 100 ppb, 4 h day-1, 7 days, n = 9). Leaf injury was assessed daily and at the end of the fumigation, carbon assimilation (A), stomatal conductance (gs), evapotranspiration (E), internal CO2 concentration (Ci), maximum carbon assimilation (Amax), lipid peroxidation (LP), and relative permeability of electrolytes (RPE) were established. O3 induced the appearance of leaf injuries and reduced A, gs, E, and Amax and did not change Ci, LP, and RPE. The species is moderately sensitive to O3. Long-term experiments should be conducted to verify if gas exchange reduction may adversely affect growth and hence affecting its use in reforestation programs.

Air pollution; tropical tree species; tropospheric ozone

Introdução

A atividade antrópica introduz na atmosfera diferentes gases e partículas que modificam as proporções de seus compostos naturais, alterando suas características e comprometendo suas propriedades e funções. As concentrações de ozônio troposférico (O3) têm aumentado globalmente numa taxa média de 1,5% ao ano e já atingem níveis capazes de afetar espécies nativas e cultivos agrícolas, além de constituir um risco às comunidades vegetais e ecossistemas (Zhang et al. 2012Zhang, W., Feng, Z., Wang, X. & Niu, J. 2012. Responses of native broadleaved woody species to elevated ozone in subtropical China. Environmental Pollution 163: 149-157.).

O O3 é um forte agente oxidante formado a partir da interação entre óxidos de nitrogênio, compostosorgânicos voláteis e radiação UV. É um poluente de controle difícil, uma vez que seus precursores são emitidos principalmente por veículos automotores e o número destes continua a aumentar. Além disso, ao contrário das regiões setentrionais onde o problema causado pelo O3 é restrito ao verão, no Brasil muitas regiões apresentam clima favorável à sua formação durante praticamente o ano inteiro, por isso, o O3 é o poluente aéreo com o maior número de ultrapassagens do padrão nacional de qualidade do ar na cidade de São Paulo (CETESB 2013CETESB - Companhia Ambiental do Estado de São Paulo. 2013. Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo 2012. Governo de Estado de São Paulo, SP. Disponível em http://www.cetesb.sp.gov.br/Ar/publicacoes.asp (acesso em 12-II-2015).
http://www.cetesb.sp.gov.br/Ar/publicaco...
).

A entrada do O3 na planta se dá através dos estômatos, durante o processo de trocas gasosas. No interior da folha, reage com a água e desencadeia uma intensa produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) que, em excesso, podem causar desequilíbrio no sistema de defesa das plantas, oxidando proteínas, aminoácidos, lipídios, ácidos nucléicos e levando à produção de outras ERO (Halliwell & Gutteridge 2006Halliwell, B. & Gutteridge, C. 2006. Reactive species and antioxidants. Redox biology is a fundamental theme of aerobic life. Plant Physiology 141: 312-322.). A interação das ERO com os ácidos graxos presentes na membrana celular gera uma reação em cadeia conhecida como peroxidação lipídica, alterando a estrutura e funcionalidade da membrana celular (Heath et al. 2009Heath, R.L., Lefohn, A.S. & Musselman, R.C. 2009. Temporal processes that contribute to nonlinearity in vegetation responses to ozone exposure and dose. Atmospheric Environment 43: 2919-2928.).

As trocas gasosas são bastante sensíveis ao O3, sendo a redução da assimilação de carbono uma das primeiras respostas induzidas pelo poluente. Ela decorre da redução da síntese e da atividade da enzima ribulose 1,5-bifosfato carboxilase-oxigenase (Heath et al. 2009Heath, R.L., Lefohn, A.S. & Musselman, R.C. 2009. Temporal processes that contribute to nonlinearity in vegetation responses to ozone exposure and dose. Atmospheric Environment 43: 2919-2928.), responsável pela carboxilação. A diminuição da capacidade fotossintética e consequentemente de produtos fotoassimilados resulta na redução do crescimento vegetal (Cho et al. 2011Cho, K., Tiwari, S., Agrawal, S.B., Torres, N.L., Agrawal, M., Sarkar, A., Shibato, J., Agrawal, G.K., Kubo, A. & Rakwal, R. 2011. Tropospheric ozone and plants: absorption, responses, and consequences. Review of Environmental and Contaminants Toxicology: 61-111., Guidi et al. 2011). Outras respostas induzidas pelo O3 são alterações no sistema antioxidante (Heath et al. 2009Heath, R.L., Lefohn, A.S. & Musselman, R.C. 2009. Temporal processes that contribute to nonlinearity in vegetation responses to ozone exposure and dose. Atmospheric Environment 43: 2919-2928.), peroxidação de lipídios (Pellegrini et al. 2011Pellegrini, E., Francini, A., Lorenzini, G. & Nali, C. 2011. PSII photchemistry and carboxylation efficiency in Liriodendron tulipifera under ozone exposure. Environmental and Experimental Botany 70: 217-226.), aceleração da senescência foliar e a produção de injúrias foliares visíveis em espécies sensíveis (Sanz et al. 2002Sanz, M.J. Sanchez, G., Calatayud, V., Gallego, M.T. & Cervero, J. 2002. La contaminación atmosférica de los bosques: Guia para la identificación de los daños visibles causados por ozone. 1 ed. Ministerio del Medio Ambiente, Madrid., Novak et al. 2003Novak, K., Skelly, J.M., Schaub, M., Kräuchi, N., Hug, C., Landolt, W. & Bleuler, P. 2003. Ozone air pollution and foliar injury development on native plants of Switzerland. Environmental Pollution 125: 41-52.). Após afetar o indivíduo, os efeitos induzidos pelo O3 podem progredir até níveis mais altos da organização biológica levando à exclusão competitiva de genótipos sensíveis e alterando a estrutura e a composição específica de comunidades (Gimeno et al. 2004Gimeno, B.S., Bermejo, V., Sanz, J., de la Torre, D., Gil. J.M. & Elvira, S. 2004. Assessment of the effects of ozone exposure and plant competition on the reproductive ability of three therophytic clover species from Iberian pastures. Atmospheric Environment 38: 2295-2303.).

Vários estudos relatam danos induzidos pelo O3 em espécies arbóreas das regiões temperadas, como os listados acima, entretanto, há poucas informações sobre as respostas de espécies nativas de regiões tropicais. Essa é uma questão urgente, pois as concentrações desse gás nos trópicos já são iguais ou superiores às verificadas nos países desenvolvidos (Moura et al. 2014Moura, B.B., Souza, S.R. & Alves, E.S. 2014. Response of Brazilian native trees to acute ozone dose. Environmental Science and Pollution Research 21: 4220-4227.).

Em estudos realizados com espécies nativas em condições semi-controladas, foi verificado que plantas de Psidium guajava L., paluma, Tibouchina pulchra Cogn. e Caesalpinia echinata Lam. expostas conjuntamente ao O3 apresentaram diferentes graus de sensibilidade. P. guajava paluma apresentou sintomas foliares visíveis na primeira semana de exposição, T.pulchrasomente após 60 dias eC. echinatanãoapresentou injúrias (Moraes et al. 2006Moraes, R.M., Bulbovas, P., Furlan, C.M., Domingos, M., Meirelles, S.T., Delitti, W.B.C. & Sanz, M.J. 2006. Physiological responses of saplings of Caesalpinia echinata Lam., a Brazilian tree species, under ozone fumigation. Ecotoxicology and Environmental Safety 63: 306-312., Furlan et al. 2007Furlan, C.M., Moraes, R.M., Bulbovas, P., Domingos, M., Salatino, A. & Sanz, M.J. 2007. Psidum guajava 'Paluma' (the guava plant) as new bio-indicator of ozone in the tropics. Environmental Pollution 147: 361-365., 2008Furlan, C.M., Moraes, R.M., Bulbovas, P., Domingos, M., Salatino, A. & Sanz, M.J. 2008. Tibouchina pulchra (Cogn.) Cham. a native Atlantic Forest species as a bioindicator of ozone: visible injury. Environmental Pollution 152: 361-365.). Em experimento de duração mais longa e em condições de campo, Bulbovas et al. (2010)Bulbovas, P., Moraes, R.M., Rinaldi, M.C.S., Cunha, A., Delitti, W.B.C. & Domingos, M. 2010. Leaf antioxidant fluctuations and growth responses in saplings of Caesalpinia echinata Lam. (brazilwood) under an urban stressing environment. Ecotoxicology and Environmental Safety 70: 664-670. verificaram redução do crescimento e alterações na atividade de antioxidantes em C. echinata.Moura et al. (2014)Moura, B.B., Souza, S.R. & Alves, E.S. 2014. Response of Brazilian native trees to acute ozone dose. Environmental Science and Pollution Research 21: 4220-4227., em estudo realizado em fragmentos florestais no Estado de São Paulo, observaram a presença de sintomas semelhantes aos induzidos pelo O3 em espécimes de Piptadenia gonoacantha (Mart.) Macbr. e Astronium graveolens Jacq., mas não em Croton floribundus Spreng. Cardozo et al. (2014)Cardozo, P., Aidar, M.P.M., Gromboni-Guaratini, M.T., Bolsoni, V.P., Oliveira, D.P., Segala, E.A. & Souza, S.R. 2014. Ozone-induced responses in Croton floribundus Spreng. (Euphorbiaceae): metabolic crosstalk between volatile organic compounds and calcium oxalate crystal formation. Plos One 9: 1-10. verificaram que nesta última espécie o O3 induz a produção de compostos orgânicos voláteis que estão relacionados com a tolerância da espécie ao poluente.

O objetivo deste estudo foi avaliar respostas fisiológicas e bioquímicas induzidas pelo O3 em Astronium graveolens, uma vez que a espécie é muito utilizada em programas de recuperação de áreas degradadas (Hiram-Jr 2010Hiram-Jr, H.F.B. 2010. Espécies com vocação para facilitar processos de restauração espontânea de ecossistemas perturbados na vertente atlântica da Serra do Mar, Piraí - RJ. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.) devido à sua grande ocorrência nas florestas paulistas, as quais, assim como muitas áreas de reflorestamento, se situam em regiões do Estado de São Paulo onde são registradas concentrações fitotóxicas de O3.

Material e métodos

Cultivo - Astronium graveolens Jacq. (Anacardiaceae), o guaritá, é uma espécie secundária inicial que pode atingir de 15 a 25 m de altura e de 40 a 60 cm de diâmetro (Lorenzi 2002Lorenzi, H. 2002. Árvores brasileiras. Ed. Plantarum, Nova Odessa., Ribeiro et al. 2005Ribeiro, R.V., Souza, G.M., Oliveira, R.F. & Machado, E.C. 2005. Photosynthetic responses of tropical tree species from different successional groups under contrasting irradiance conditions. Revista Brasileira de Botânica 28: 149-161.). Tem ampla distribuição no Brasil, ocorrendo na Floresta Atlântica desde o sul do Estado da Bahia até o Rio Grande do Sul, principalmente na Floresta Estacional do interior do Estado de São Paulo.

Indivíduos jovens, com três meses e cerca de 30 cm de altura, foram obtidos em um viveiro de espécies nativas. As plantas foram transplantadas para vasos plásticos de 4,5 l, utilizando como substrato a mistura de casca de Pinus e vermiculita fina na proporção 3:1. Após o transplante, as plantas foram mantidas em casa de vegetação com ar filtrado por dois meses para aclimatação. Durante este período a adubação foi realizada mensalmente com 100 ml de solução hidrossolúvel de N:P:K (10:10:10) e foram tomados todos os cuidados quanto à irrigação e fitossanidade.

Exposição - As plantas de A. graveolens foram expostas em um sistema de câmaras fechadas de fumigação que consistem em uma estrutura de aço inoxidável com dimensão de 85 × 85 × 94 cm (largura, comprimento, altura) coberta com filmes de teflon (Souza & Pagliuso 2009Souza, S.R. & Pagliuso, J.D. 2009. Design and assembly of an experimental laboratory for the study of atmosphere plant interactions in the system of fumigation chambers. Environmental Monitoring and Assessment 158: 243-249.). Há um suporte para vasos em sua parte inferior e, abaixo deste, um reservatório com água, sendo a irrigação por capilaridade. Em cada câmara colocou-se nove plantas que foram expostas a dois tratamentos: ar filtrado (AF) e ar filtrado + 100 ppb de O3 (AF + O3), durante 4 h dia-1 por sete dias. O O3 foi gerado por meio de descargas elétricas e sua concentração nas câmaras foi medida continuamente com um monitor Ecotech 9810B. Com as concentrações médias horárias de O3 foi calculada a AOT40, accumulated ozone exposure over the treshold of 40 ppb.h, ou seja, exposição acumulada de ozônio acima de 40 ppb.h, um índice para proteção à vegetação adotado pela Comunidade Européia (Fuhrer et al. 1997Fuhrer, J., Skärby, L. & Ashmore, M.R. 1997. Critical levels for ozone effects on vegetation in Europe. Environmental Pollution 97: 91-106.).

A temperatura foi monitorada com termômetros comuns e a umidade relativa do ar com termo-higrômetros HTR-170 (Instruterm, São Paulo, SP). A radiação fotossinteticamente ativa foi medida descontinuamente com um quantômetro da LI-COR (Nebrasca, USA).

Determinação das trocas gasosas - As medidas de trocas gasosas instantâneas foram realizadas no final do experimento, em seis plantas de cada tratamento, no período da manhã (entre 9 e 11 horas) e em folhas com o limbo totalmente expandido, pertencentes ao 3º ou 4º nó a partir do ápice. Foram medidas as taxas de assimilação líquida de CO2 sob radiação fotossinteticamente ativa saturante (A, µmol CO2 m-2 s-1), condutância estomática (gs, mol H2O m-2 s-1) e transpiração (E, mmol H2O m-2 s-1) e a concentração interna de CO2 (Ci, ppm), utilizando-se um analisador portátil de gases por infravermelho com fonte opcional de luz (LCPro+, ADC®,UK). As trocas gasosas foram determinadas com concentração de CO2, temperatura e umidade relativa do ar ambientais e densidade de fluxo de fótons saturante (500 µmol m-2 s-1) previamente determinado por meio da realização de curvas de resposta à luz. A eficiência instantânea de uso da água (EUA) foi calculada dividindo-se a taxa de assimilação pela taxa de transpiração (A/E, µmol CO2 m-2 s-1/ mmol H2O m-2 s-1) e a eficiência instantânea de carboxilação foi obtida pela divisão da taxa de assimilação de carbono pela concentração interna de CO2 (A/Ci, µmol CO2 m-2 s-1 ppm CO2-1).

Curva de resposta à luz - Foram realizadas curvas de taxa de assimilação líquida de carbono em resposta à densidade de fluxo de fótons fotossinteticamente ativos, com valores de 950, 700, 500, 250, 125, 75, 30 e 0 µmol fótons m-2 s-1. As curvas foram realizadas no período de manhã (entre 9 e 11 horas) em três plantas de cada tratamento, com o analisador de gases por infravermelho já descrito. As curvas foram ajustadas com o modelo apresentado em Prado & Moraes (1997)Prado, C.H.B.A. & Moraes, J.A.P.V. 1997. Photosynthetic capacity and specific leaf mass in twenty woody species of cerrado vegetation under field conditions. Photosynthetica 33:103-112.: A = Amax [1-e -k (RFA-Ic)] onde Amax é a assimilação máxima de carbono, e é a constante de Euler (2,72), k é a inclinação da reta, RFA é a radiação fotossinteticamente ativa e Ic é a irradiância de compensação ou ponto de compensação à luz (corresponde ao valor de RFA em que A é igual a 0 µmol fótons m-2 s-1). Calculou-se a irradiância de saturação, Is, substituindo na equação acima A por Amax multiplicado por 0,9. O rendimento quântico aparente (RQA, número de moléculas de CO2 assimiladas por fóton recebido) foi obtido com a equação: RQA = Amax.k.e k.Ic.

Sintomas foliares visíveis - Todas as plantas foram avaliadas diariamente com uma lupa de aumento 10×, antes do início de cada novo ciclo de fumigação. As injúrias foliares em A. graveolens caracterizam-se como pequenas pontuações escuras intervenais rodeadas por cloroses, que surgem inicialmente em folhas mais velhas e atingem primeiramente a superfície abaxial (Moura et al. 2014Moura, B.B., Souza, S.R. & Alves, E.S. 2014. Response of Brazilian native trees to acute ozone dose. Environmental Science and Pollution Research 21: 4220-4227.). Com esses dados, foram calculados a porcentagem de área foliar ocupada pelos sintomas e os índices de incidência e severidade. A incidência é o número de indivíduos com sintomas foliares, resultantes da exposição ao O3, em porcentagem do número total de indivíduos e severidade é o número de folhas com danos em porcentagem do número total de folhas das plantas que possuem danos. As porcentagens do limbo com sintomas foram agrupadas em intervalos de 1 - 5% (classe 1), 6 - 25% (classe 2), 26 - 50% (classe 3), 51 - 75% (classe 4) e 76 - 100% (classe 5) e com os dados das classes foi calculado o Índice de Injúria Foliar (IIF), segundo Furlan et al. (2007)Furlan, C.M., Moraes, R.M., Bulbovas, P., Domingos, M., Salatino, A. & Sanz, M.J. 2007. Psidum guajava 'Paluma' (the guava plant) as new bio-indicator of ozone in the tropics. Environmental Pollution 147: 361-365.. O IIF consiste na média ponderada da quantidade de folhas em cada classe de injúria.

Permeabilidade Relativa de Eletrólitos - Ao final do experimento, foram extraídos 18 discos foliares de 2 cm de diâmetro de folhas do 3º nó (do ápice para a base) de cada planta para as análises da permeabilidade relativa de eletrólitos. Os discos foram lavados e incubados em água destilada por 24 horas a temperatura ambiente. Após isso, condutividade elétrica da solução foi determinada (C1). Os discos foram então congelados em nitrogênio líquido e imersos em água destilada e após 24 h a condutividade elétrica foi novamente medida (C2). A permeabilidade relativa de eletrólitos foi definida como: PRE (%) = C1/(C1 + C2) * 100 (Clebsh et al. 2009Clebsch, C.C., Junior, A.M.D., Oliveira, P.L. & Nicolau, M. 2009. Physiological disturbances promoted by ozone in five cultivars of Phaseolus vulgaris L. Brazilian Journal of Plant Physiology 21: 319-329.).

Peroxidação lipídica - A peroxidação lipídica (PL) foi determinada como descrito por Davenport et al. (2003)Davenport, S.B., Gallego, S.M., Benavides, M.P. & Tomaro, M.L. 2003. Behaviour of antioxidant defense system in the adaptive response to salt stress in Helianthus annuus L. Cell, Plant and Growth Regulation 40: 81-88. medindo-se concentração de malondialdeído (MDA). Após a fumigação, amostras de folhas frescas de todas as plantas (0,30 g) foram maceradas em solução com 1,4 ml de ácido tricloroacético (0,1%) e 20% de polivinilpirrolidona. Após a homogeneização, 1,4 ml da solução foi centrifugada a 10.000 g por 10 min. Posteriormente, 0,250 ml de sobrenadante foi adicionado a uma solução aquosa com 5% de ácido tricloroacético e 0,25% de ácido tiobarbitúrico e incubado em banho-maria a 95 ºC durante 30 min. Em seguida foi resfriado e novamente centrifugado por 10 min. A absorbância foi medida em espectrofotômetro a 535 nm e 600 nm. As determinações das concentrações de MDA foram obtidas através da fórmula: MDA = (Abs1-Abs2) * 1,55. 10-5 mol-1 cm-1, sendo as absorbâncias a 535 nm e 600 nm representadas respectivamente por Abs1 e Abs2.

Análise estatística -Os resultados obtidos nos dois tratamentos foram comparados com a utilização de teste t, com nível de significância de 5%. Foi realizada análise de regressão entre sintomas foliares visíveis e AOT40.

Resultados e Discussão

Características da exposição - Ao longo do período de exposição, a concentração horária média de O3 variou de 69 ppb a 121 ppb e a AOT40 atingiu 2159 ppb.h. A temperatura esteve entre 26,3 e 34,2 °C, a umidade relativa média foi 79% e a radiação fotossinteticamente ativa média foi de 389 µmol.fótons.m-2 s-1.

Trocas gasosas -A exposição ao O3 reduziu significativamente as trocas gasosas em A. graveolens. As taxas de A, gs e E nas plantas fumigadas corresponderam, respectivamente, a 55%, 53% e 49% das medidas no tratamento controle, AF (figura 1). A concentração interna de CO2 (Ci) não diferiu significativamente entre os tratamentos e foi de 316 µmol m-2 s-1 emAF e 333 µmol m-2 s-1 em AF + O3.

Figura 1
Taxas de assimilação líquida de CO2 sob radiação fotossintéticamente ativa saturante (A, µmol CO2 m-2 s-1), condutância estomática (gs, mol H2O m-2 s-1) e transpiração (E, mmol H2O m-2 s-1) e concentração interna de CO2 (Ci, ppm) em plantas jovens de Astronium graveolens Jacq. Médias ± erro-padrão. AF: plantas mantidas em ar filtrado; AF + O3: plantas fumigadas com O3 (100 ppb/h, 4 h/dia, sete dias). Letras diferentes indicam diferenças significativas entre os dois tratamentos (p < 0,05).
Figure 1
Rates of net CO2 assimilation under saturating photosynthetic active radiation (A, µmol CO2 m-2 s-1), stomatal conductance (gs, mol H2O m-2 s-1) and transpiration (E, mmol H2O m-2 s-1), and internal CO2 concentration (Ci, ppm) in saplings of Astronium graveolens Jacq. Means ± standard error. AF: plants grown in filtered air; AF + O3: plants fumigated with O3 (100 ppb/hr, 4 hr/day, seven days). Different letters indicate significant differences between treatments (p < 0.05).

A redução da fotossíntese induzida pelo O3 também foi observada em Caesalpinia echinata (Moraes et al. 2006Moraes, R.M., Bulbovas, P., Furlan, C.M., Domingos, M., Meirelles, S.T., Delitti, W.B.C. & Sanz, M.J. 2006. Physiological responses of saplings of Caesalpinia echinata Lam., a Brazilian tree species, under ozone fumigation. Ecotoxicology and Environmental Safety 63: 306-312.), nas goiabeiras paluma e pedro-sato (Moraes et al. 2011Moraes, R.M., Furlan, C.M., Meirelles, S.T., Santos, D.Y.A.C., Souza, S.R, Viola, S.R.A.S., Rezende, F.M., Domingos, R.L. & Barbosa, J. 2011. Avaliação da sensibilidade ao ozônio da goiabeira 'Pedro Sato'. Pesquisa Agropecuária Brasileira 46: 971-978.), em Croton floribundus (Cardozo et al. 2014Cardozo, P., Aidar, M.P.M., Gromboni-Guaratini, M.T., Bolsoni, V.P., Oliveira, D.P., Segala, E.A. & Souza, S.R. 2014. Ozone-induced responses in Croton floribundus Spreng. (Euphorbiaceae): metabolic crosstalk between volatile organic compounds and calcium oxalate crystal formation. Plos One 9: 1-10.) e em um grande número de estudos com espécies de florestas temperadas (EPA 2006EPA, Environmental Protection Agency. 2006. Air quality criteria for ozone and related photochemical oxidants (2006 Final). U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC, EPA/600/R-05/004aF-cF.). A fotossíntese é fortemente relacionada à abertura estomática e governada pela concentração interna de gás carbônico (Grulke et al. 2007Grulke, N.E., Neufeld, H.S., Davison, A.W., Roberts, M. & Chapelka, A.H. 2007. Stomatal behavior of ozonesensitive and -insensitive coneflowers (Rudbeckia laciniata var. digitata) in Great Smoky Mountains Park. New Phytologist 173: 100-109.). Em A. graveolens a redução de A não foi acompanhada por um aumento proporcional em Ci, uma vez que A foi reduzida em 45% e Ci aumentou apenas 5%. Isso foi verificado por Noormets et al. (2001)Noormets, A., Sober, A., Pell, E.J., Dickson, R.E., Podila, G.K., Sober, J., Isebrands, J.G. & Karnosky, D.F. 2001. Stomatal and non-stomatal limitations to photosynthesis in two trembling aspen (Populus tremuloides Michx.) clones exposed to elevated CO2 and /or O3. Plant, Cell and Environment 24: 327-336. em Populus tremuloides, Guidi et al. (2001)Guidi, L., Nali, C., Lorenzini, G., Filippi, F. & Soldatini, G.F. 2001. Effect of chronic ozone fumigation on the photosynthetic process of poplar clones showing different sensitivity. Environmental Pollution 113: 245-254. em Populus × euramericana e por Pellegrini et al. (2011)Pellegrini, E., Francini, A., Lorenzini, G. & Nali, C. 2011. PSII photchemistry and carboxylation efficiency in Liriodendron tulipifera under ozone exposure. Environmental and Experimental Botany 70: 217-226. em Liriodendrum tupilifera que concluíram que a fotossíntese nessas espécies era limitada principalmente pela redução da capacidade de assimilação das células do mesofilo, com a Rubisco (ribulose-1,5-bifosfato carboxilase/oxigenase) sendo um dos primeiros alvos dos subprodutos do O3. Segundo Heath (2008)Heath, R.L. 2008. Modification of the biochemical pathways of plants induced by ozone: What are the varied routes to change? Environmental Pollution 155: 453-463., o aumento da resistência mesofílica é causado pelas espécies ativas de oxigênio que degradam a Rubisco e reduzem sua síntese, diminuindo sua atividade e quantidade e, consequentemente, a assimilação do carbono. Isto deve ter ocorrido neste estudo, visto que a redução de gs não foi acompanhada da redução de Ci.

Como A foi mais baixa em AF + O3 e Ci foi mais alta, as plantas desse tratamento apresentaram eficiencia de carboxilação (A/Ci) mais baixa que as do controle. Também foram menos eficientes no uso da água (figura 2). Essas condições podem ter contribuído para a redução da vitalidade das plantas de AF + O3, tornando-as mais suscetíveis ao surgimento de injúrias foliares.

Figura 2
Eficiência instantânea de uso da água (EUA, µmol CO2 mmol H2O-1) e eficiência instantânea de carboxilação (µmol CO2 ppm CO2-1) em plantas jovens de Astronium graveolens Jacq. Médias ± erro-padrão. AF: plantas mantidas sob ar filtrado; AF + O3: plantas fumigadas com O3 (100 ppb/h, 4 h/dia, sete dias). Letras diferentes indicam diferenças significativas entre os dois tratamentos (p < 0,05).
Figure 2
Water use efficiency (µmol CO2 mmol H2O-1) and carboxilative efficiency (µmol CO2 ppm CO2-1) in saplings of Astronium graveolens Jacq. Means ± standard error. FA: Plants grown in filtered air; FA + O3: plants fumigated with O3 (100 ppb/ hr, 4 hr/day, seven days). Different letters indicate significant differences between treatments (p < 0.05).

As plantas fumigadas com O3 tiveram sua assimilação máxima de carbono (Amax) reduzida em 58% (figura 3). Nas plantas do tratamento AF, Amax foi igual a 6,2 µmol m-2 s-1 enquanto em AF + O3 foi 2,6 µmol m-2 s-1. O ponto de compensação à luz foi semelhante nos dois tratamentos, 30 µmol fótons m-2 s-1 em AF e 23 µmol fótons m-2 s-1 em AF + O3. Entretanto, o ponto de saturação à luz foi reduzido nas plantas fumigadas: correspondeu a 124 µmol fótons m-2 s-1 em AF+O3 e a 214 µmol fótons m-2 s-1 no controle. Esse resultado indica que o estresse induzido pelo O3 torna as plantas jovens dessa espécie mais suscetíveis ao estresse luminoso como estresse secundário. O rendimento quântico aparente, dado pelo coeficiente angular da região linear da curva de resposta à luz, foi de 0,027 µmol CO2 µmol fótons-1 em AF e 0,030 em AF + O3. Seu inverso indica que nas plantas de AF foram necessários 22 mol de fótons para fixar um mol de CO2 enquanto as de AF + O3 precisaram de 30 mol de fótons, sendo, portanto, menos eficientes. Todos esses aspectos contribuem para a redução da vitalidade da planta exposta ao O3.

Figura 3
Taxa de assimilação líquida de CO2 (µmol CO2 m-2 s-1) em resposta ao aumento da radiação fotossinteticamente ativa (µmol fotons m-2 s-1) em plantas jovens de Astronium graveolens Jacq. A. Plantas fumigadas com O3 (100 ppb/h, 4 h/dia, sete dias); B. plantas mantidas sob ar filtrado.
Figure 3
Net assimilation rate of CO2 (µmol CO2 m-2 s-1) in response to increased photosynthetic active radiation (µmol fotons m-2 s-1) in saplings of Astronium graveolens Jacq. A. Plants fumigated with O3 (100 ppb/hr, 4 hr/day, seven days); B. plants grown in filtered air.

Injúrias Foliares Visíveis -As plantas fumigadas com O3 apresentaram injúrias foliares semelhantes às descritas para a espécie (Moura et al. 2014Moura, B.B., Souza, S.R. & Alves, E.S. 2014. Response of Brazilian native trees to acute ozone dose. Environmental Science and Pollution Research 21: 4220-4227., Cassimiro 2015Cassimiro, J.C. 2015. Avaliação de índice de proteção à vegetação baseado na dose fitotóxica de ozônio. Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo., Fernandes 2015Fernandes, F.F. 2015. Marcadores microscópicos para a validação de sintomas em espécie nativa a ser empregada no biomonitoramento do ozônio. Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.) e que consistem em pontos necróticos intervenais rodeados por cloroses. No 4º dia do experimento de fumigação, 83% das plantas submetidas ao poluente já apresentavam injúrias foliares (tabela 1). As injúrias aumentaram com o tempo de exposição ao O3 e apresentaram forte correlação com a AOT40. A análise de regressão mostrou que a variação na concentração do poluente explicou cerca de 90% da variação na incidência e severidade de injúrias e 95% do IIF (figura 4). Isso apesar de a AOT40 não representar a dose de O3 que efetivamente atinge a planta, mas apenas sua concentração no ar (Matyssek et al. 2004Matyssek, R., Wieser, G., Nunn, A.J., Kozovits, A., Reiter, I., Heerdt, C., Winkler, J.B., Baumgarten, M., Haberle, K-H., Grams, T., Werner, H., Fabian, P. & Havranek, W.M. 2004. Comparison between AOT40 and ozone uptake in forest trees of different species, age and size conditions. Atmospheric Environment 38: 2271-2281.), uma vez que as condições ambientais muitas vezes reduzem gs em dias de altas concentrações de O3, evitando sua entrada na folha.Além do mais, este índice de proteção à vegetação (AOT40) foi formulado para espécies de regiões temperadas, sendo que sua adequação para espécies tropicais ainda está em estudo (Cassimiro 2015Cassimiro, J.C. 2015. Avaliação de índice de proteção à vegetação baseado na dose fitotóxica de ozônio. Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.).

Tabela 1
Incidência (%), severidade (%) e índice de injúria foliar (%, IIF) em plantas jovens de Astronium graveolens Jacq. fumigadas com O3 (100 ppb/h, 4h/dia, sete dias)
Table 1
Incidence (%), severity (%), and leaf injury index (%, IIF) in saplings of Astronium graveolens fumigated with O3 (100 ppb/h, 4 h/day, seven days)
Figura 4
Análise de regressão linear entre incidência, severidade e índice de injúria foliar (%) e a concentração acumulada de ozônio acima do limite de 40 ppb (AOT40, ppb) em plantas jovens de Astronium graveolens Jacq. fumigadas com O3.
Figure 4
Linear regression analysis between the incidence, severity, and leaf injury index (%) and the accumulated ozone concentration over the threshold of 40 ppb (AOT40, ppb) in saplings of Astronium graveolens Jacq. fumigated with O3.

Permeabilidade relativa de eletrólitos e peroxidação lípidica - Não houve diferença significativa entre os dois tratamentos quanto à permeabilidade relativa de eletrólitos, cujas médias foram de 19 ± 1,9% em AF e 25 ± 2,3% em AF + O3. O mesmo ocorreu com relação à peroxidação lipídica, que foi de 2,5 ± 0,3 nmol g-1MF e 3,2 ± 0,8 nmol g-1MF em AF e AF+O3, respectivamente.

A peroxidação lipídica é bastante relatada como indicador de danos à membrana causados pelo estresse oxidativo em sistemas biológicos (Queiroz et al. 2002Queiroz, C.G.S, Garcia, Q.S. & Filho J.P.L. 2002. Atividade fotossintética e peroxidação de lipídios de membrana em plantas de aroeira-do-sertão sob estresse hídrico e após reidratação. Brazilian Journal of Plant Physiology 14: 59-63., Martim et al. 2009Martim, S.A., Santos, M.P., Peçanha, A.L., Pommer, C., Campostrini, E., Viana, A.P., Façanha, A.R. & Bressan-Smith, R. 2009. Photosynthesis and cell respiration modulated by water deficit in grapevine (Vitis vinifera L.) cv. Cabernet Sauvignon. Brazilian Journal of Plant Physiology 21: 95-102.). O nível de peroxidação nas membranas dos tecidos foliares pode ser mensurado através do conteúdo de malondialdeído (MDA, um produto da lipoperoxidação) presente no material vegetal. Em um estudo desenvolvido por Zhang et al. (2012)Zhang, W., Feng, Z., Wang, X. & Niu, J. 2012. Responses of native broadleaved woody species to elevated ozone in subtropical China. Environmental Pollution 163: 149-157., oito espécies de clima subtropical foram fumigadas a concentração média horária de 150 ppb durante 8 h diárias no período de 47 dias. Ao final do experimento, plantas mantidas sob ar filtrado apresentaram menor teor de MDA do que aquelas submetidas ao estresse causado pelo ozônio. O mesmo ocorreu em plantas expostas ao excesso de metais pesados (Michael et al. 2011Michael, P.I. & Krishnaswamy, M. 2011. The effect of zinc stress combined with high irradiance stress on membrane damage and antioxidative response in bean seedlings. Environmental and Experimental Botany 74: 171-177.) e ao estresse hídrico (Martim et al. 2009Martim, S.A., Santos, M.P., Peçanha, A.L., Pommer, C., Campostrini, E., Viana, A.P., Façanha, A.R. & Bressan-Smith, R. 2009. Photosynthesis and cell respiration modulated by water deficit in grapevine (Vitis vinifera L.) cv. Cabernet Sauvignon. Brazilian Journal of Plant Physiology 21: 95-102.). Em ambos os experimentos, plantas com danos oxidativos mostraram maior teor de MDA em suas amostras. Porém, as plantas do tratamento AF + O3 não apresentaram aumento significativo nas concentrações de MDA, embora tenham apresentado uma tendência a aumento, o mesmo ocorrendo com relação à PRE.

Esses resultados confirmam que a espécie possui sensibilidade mediana ao O3, pois apenas os primeiros alvos do poluente, as trocas gasosas, foram atingidos. O estresse oxidativo não foi alto o suficiente para danificar membranas e provocar o vazamento de eletrólitos. As injúrias foliares em A. graveolens resultam da oxidação de compostos fenólicos (Fernandes 2015Fernandes, F.F. 2015. Marcadores microscópicos para a validação de sintomas em espécie nativa a ser empregada no biomonitoramento do ozônio. Dissertação de Mestrado, Instituto de Botânica, São Paulo.) e não da morte celular, evidenciando a ativação de mecanismos endógenos de proteção.

Ressalta-se que o experimento foi de curtaduração. É importante a realização de estudos mais longos para verificar se a redução das trocas gasosas terá efeitos significativos no crescimento das plantas e se ocorrerá aceleração da senescência foliar, o que pode prejudicar seu desenvolvimento e comprometer sua utilização em programas de reflorestamento.

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    Oct-Dec 2015

Histórico

  • Recebido
    22 Abr 2015
  • Aceito
    17 Set 2015
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