Prof. Fábio M. DaMattaDepartamento de Biologia Vegetal

Universidade Federal de Viçosa - BrasilE-mail: fdamatta@ufv.br

Estudos fisiológicos relacionados a tolerância à seca

Conferência Inter-nacional de Coffea

canephoraVitória, 11-15 de junho de

2012

O papel da fisiologia vegetal & tolerância à seca em café Compreender os mecanismos de tolerância à

seca Buscar índices e critérios que permitam

identificar materiais genéticos mais promissores, em termos de crescimento e produção, sob condições de seca

Melhoramento para tolerância à seca, utilizando-se critérios fisiológicos:

Por que é tão difícil?

Definição da tolerância à seca

Pergunta-se: qual o clone mais tolerante à seca?

Certamente, o clone B ! (maior estabilidade de produção)

Desafios para compreenderem-se os mecanismos de tolerância à seca A seca é um estresse multidimensional e de

herança poligênica; Conhece-se apenas uma pequena proporção

de genes envolvidos com as respostas das plantas ao déficit hídrico;

Há genótipos que são afetados não apenas pela disponibilidade de água do solo, mas também pela disponibilidade hídrica da atmosfera;

Desafios para compreenderem-se os mecanismos de tolerância à seca As respostas das plantas variam com a

intensidade e duração da seca (forte interação genótipo x ambiente);

Vários ciclos de produção para seleção de uns poucos materiais promissores;

Tolerância à seca & sistema radicular: relação de difícil estudo;

Pesquisas feitas com plantas em pequenos vasos e em casa de vegetação.

A fisiologia da tolerância à seca

CO2

H2O CO2

Capacidade de absorção de água: quantidade e profundidade de raízes

Capacidade de transporte de água: condutância hidráulica do xilema

Capacidade de perder água: estômatos abertos → maior fotossíntese

Densidade de venação & taxa de fotossíntese

Densidade de venação em conilon: ~7 mm/mm2

Aspectos hidráulicos & fotossíntese

Lei de Hagen-Poiseuille: a taxa de fluxo aumenta com a 4a

potência do raio

Jv = (π.r 4.ΔΨ)/8.η.L• Jv = fluxo de água• r = raio do conduto do xilema• ΔΨ = diferença de pressão• η = viscosidade da água• L = comprimento do vaso do xilema

Relação entre a densidade do caule (lenho) & condutividade hidráulica

Eficiência & segurança hidráulica

• Ao se aumentar o diâmetro dos vasos, aumenta-se a condutividade hidráulica do xilema; no entanto, também se aumenta a vulnerabilidade à cavitação

vasos do xilema com cavitação

Tolerância à seca em Coffea canephora

Clone Tolerante

Clone Susceptível

variabilidade

Clones tolerantes à seca

Relação entre a fotossíntese (A) e a condutância estomática (gs) em clones de café conilon

Relação entre a condutância estomática (gs) e o potencial hídrico (Ψpd) em clones de café conilon

Relação entre a condutância estomática (gs) e o déficit de pressão de vapor (δe) em clones de café conilon

CT

DH

Condutividade hidráulica (KL) em 10 clones de robusta sob irrigação (CT) e déficit hídrico (DH)

CTDH

Taxa de fotossíntese (A) em 10 clones de robusta sob irrigação (CT) e déficit hídrico (DH)

CTDH

Condutância estomática (gs) em 10 clones de robusta sob irrigação (CT) e déficit hídrico (DH)

% de biomassa em ≠ órgãos, razão sist. radicular/parte aérea (SR/PA) e densidade do caule, em 4 clones sob irrigação e seca

CloneFolha (%)

Raiz (%)

Caule (%)

SR/PADensidade

(g cm-3)

03Irr. 33 37 30 0.60 0.29

Seca 22* 47* 31 0.90* 0.45*

14Irr. 45 18 37 0.22 0.56

Seca 33* 27* 39 0.38* 0.67*

109Irr. 51 16 32 0.20 0.32

Seca 37* 28* 35* 0.39* 0.34

ApoatãIrr. 51 24 25 0.32 0.28

Seca 54 25 22* 0.33 0.49*

Relação entre a densidade do caule e a eficiência do uso da água em 10 clones de café conilon sob seca

Relação entre a densidade do caule e a transpiração em 10 clones de café conilon sob seca

Relação entre o diâmetro de vasos do xilema e cond. hidráulica em 10 clones de café conilon sob irrigação

Relação entre o diâmetro de vasos do xilema e cond. hidráulica em 10 clones de café conilon sob seca

irrigação seca

Relação entre o diâmetro de vasos do xilema a transpiração em 10 clones de café conilon sob seca

Relação entre a densidade do caule e o índice de vulnerabilidade do xilema à cavitação em 10 clones de café conilon sob irrigação

Relação entre a densidade do caule e o índice de vulnerabilidade do xilema à cavitação em 10 clones de café conilon sob seca

CLONE 14CLONE 201

Diâmetro: 119 µmFrequência: 99 vasos mm-2

Diâmetro: 139 µmFrequência: 70 vasos mm-2

Índice de vulnerabilidade: 1.2 Índice de vulnerabilidade: 2

Capacidade de tolerar a falta de água dentro da planta: clones tolerantes têm um sistema antioxidativo de proteção mais robusto contra a escaldadura

Atividades de enzimas antioxidativas e danos celulares em 2 clones de conilon sob condições irrigadas e sob seca

Clone 109A Clone 120  

Enzimas Controle Seca Controle Seca  

SOD 17.8 35.7 24.8 163.2  

CAT 14.3 22.6 19.0 39.8  

APX 0.31 0.83 0.42 1.34  

Danos  

MDA 75 322 103 233

Eletrólitos 2.7 11.3 3.1 6.6

~ 325% ~ 120%

Raízes e tolerância a seca

Profundidade do sistema radicular de clones de conilon cultivados durante 18 meses em tambores com 150 L de solo (1,2 m altura) – depende do clone e propriedades do solo

No de dias para se atingir -3,0 MPa após suspensão da irrigação em pés-francos (109 e 120) e enxertias recíprocasTratamento No de dias

109 18 ± 1 c

109/109 18 ± 1 c

120 25 ± 1 a

120/120 27 ± 2 a

109/120 25 ± 1 a

120/109 22 ± 1 b

Análise de componentes principais

Separação de clones em grupos com distintos graus de tolerância à seca

Clones sensíveis à seca (clones 46, 109...) Controle deficiente da transpiração e/ou

baixa capacidade de absorção da água → colapso do metabolismo sob seca prolongada → grande desfolha → produção altamente comprometida

Exploração econômica requer irrigação

Estratégias de sobrevivência (ex. clone 14) Alto controle estomático da transpiração,

sistemas radiculares relativamente profundos, alta densidade do caule e baixa condutância hidráulica → mantêm boa hidratação dos tecidos e mantêm a área foliar, porém produzem pouco, mesmo sob irrigação

Clones com essas características normalmente respondem de forma insatisfatória à irrigação

Clones de aptidão dupla (clone 120...) Sistema radicular relativamente profundo e

sensibilidade estomática satisfatória à disponibilidade de água, mas com alta condutância hidráulica

Tolerância protoplasmática à dessecação Clones com estabilidade de produção

relativamente elevada, podendo alcançar altas produções mesmo sem irrigação

Tolerância à seca em Coffea canephora Não há um mecanismo único que explique a

diversidade genética da tolerância à seca

A divergência genética da tolerância à seca parece largamente governada pela capacidade de absorção e taxas do uso da água

Potencial hídrico e densidade do lenho podem ser ferramentas úteis, e de fácil determinação, para investigar a tolerância à seca

Estudos complexos: se fossem fáceis, já teriam sido feitos!!!

UFV e INCAPER: parceria em busca de soluções

Paulo César Cavatte Samuel Martins Paulo M. Silva Elias Morais Hugo A. Pinheiro

Paulinho Volpi Abraão Verdin Maria Amélia Ferrão Romário Ferrão Aymbiré Fonseca Sebastião (Tião) Silveira

Obrigado!

fdamatta@ufv.br