Resumo em Português:
A pesquisa e o desenvolvimento agrícola têm função essencial no desenvolvimento econômico das nações, provendo segurança alimentar para uma população em constante crescimento demográfico. Em países desenvolvidos, as lacunas entre a produção potencial e a produção real são sobremodo estreitas, devido a uma combinação de tecnologias avançadas, novas variedades altamente produtivas e aplicação de agroquímicos em sistemas de produção altamente mecanizados. Na maioria daqueles países, a produção agrícola supera a demanda nacional, resultando em excedentes para a exportação. Em muitos países em desenvolvimento, entretanto, a produtividade agrícola está ainda muito abaixo de seu potencial devido a limitações técnicas e sócio-econômicas. Déficit alimentar é a norma em países pobres e subdesenvolvidos, os quais requerem vultosas importações de alimentos. Para aliviar parcialmente essa situação, pesquisas de cunho agrícola devem ser reforçadas. Como ramos das ciências básicas, a fisiologia vegetal e a fisiologia da produção têm sido freqüentemente criticadas por não traduzirem seus resultados de pesquisa em melhoria da produtividade. Este artigo é focado nesse tema, apresentando uma avaliação das realizações pretéritas da pesquisa fisiológica e de seus impactos sobre o melhoramento das culturas e sobre a produção de alimentos. Discutem-se deficiências e limitações de pesquisas isoladas e de pouca relevância, juntamente com opiniões do cientista sobre como pesquisas efetivas na área da fisiologia devem ser conduzidas e integradas dentro de equipes de pesquisa multidisciplinares associadas ao melhoramento vegetal. Exemplos de pesquisas de sucesso na fisiologia da produção e suas contribuições para aumentar a produtividade agrícola são apresentados. Todos esses aspectos apontam para a necessidade de pronto financiamento da pesquisa básica por setores públicos e privados de países desenvolvidos.Resumo em Inglês:
Agricultural research and development plays an essential role in a nation's economic development, providing for food security for an ever-increasing population. In developed countries, the gap between potential and actual yield is largely closed because of a combination of advanced technologies, high-yielding new varieties and the application of agrochemicals in highly mechanized production systems. In most of these countries, agricultural production exceeds national demand, resulting in excess products for export. In many of the developing countries, however, agricultural productivity is still far below what it should be because of multiple technical and socio-economic constraints. Food deficits are the norm in poor and middle-income countries, requiring expensive food imports. To partially alleviate this situation, agricultural research must be strengthened. As branches of basic sciences, plant and crop physiology have often been criticized for being non-effective in translating their findings into improving crop productivity, which would enhance agricultural progress. This paper addresses this issue by presenting an assessment of past achievements of physiological research and their impacts on crop improvement and food production. Shortcomings and limitations of isolated, non-relevant research are discussed, along with scientist views on how effective physiological research should be conducted and integrated within breeding-based multidisciplinary research teams. Examples of successful research in crop physiology and their contributions towards increasing crop productivity are given. All this points to the need for steadfast funding of basic research by public and private sectors of developed countries.Resumo em Português:
Rastrearam-se alterações na composição de vários compostos e classes de lipídeos em folhas de Catharanthus roseus, desde a emergência até a abscisão. Da expansão ao início da maturação da folha, houve incrementos nas concentrações de todas as principais classes de lipídeos, observando-se tendência oposta na senescência, à exceção de lipídeos neutros; a razão monogalactosil diglicerídeo/digalactosil diglicerídeo decresceu de 4.3 (maturidade completa) para 2.1 (abscisão). Quantidades apreciáveis de esteróis e ácidos graxos começaram a ser observadas apenas no início maturação foliar. A razão esteróis/fosofolipídeos aumentou 68 vezes na fase de abscisão em relação à folha em sua completa maturidade. A razão ácidos graxos insaturados/ácidos graxos saturados foi muito menor na folha senescente que na folha jovem completamente expandida. As alterações espaciais no perfil de lipídeos podem ser uma sugestão de alterações concomitantes na função e ultra-estrutura da membrana, acarretando, putativamente, perturbações na capacidade de seqüestro de alcalóides dos tecidos de uma espécie importante, de um ponto de vista farmacêutico.Resumo em Inglês:
Various lipid classes and compounds were monitored during the period of leaf emergence to leaf drop of Catharanthus roseus. The expansion to early maturation phase was accompanied by cellular build-up of all major lipid classes, whilst aging and senescence were characterized by their substantial decline, except for the neutral lipids; the leaf monogalactosyl diglyceride/digalactosyl diglyceride ratio decreased from 4.3 (complete maturity) to 2.1 (abscised stage). The early maturation stage was the earliest stage when appreciable amounts of free sterols and fatty acids could be observed. Sterol/phospholipids ratios increased by 68-fold in the abscised leaf as compared to that at full maturity. The unsaturated/saturated fatty acid ratio was far lower in the senescent leaf as compared to that of the fully expanded leaf. The spatial alterations in lipid profiles may be suggestive of concomitant changes in membrane ultrastructure and functions, putatively leading to perturbation of indole alkaloid sequestration capability of the tissues of a species of pharmaceutical significance.Resumo em Português:
Neste trabalho estudou-se a influência do estresse salino sobre as respostas morfológicas e fisiológicas de diferentes tipos de folhas de plantas de feijão-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walp.], buscando-se entender o processo de aclimatação da planta ao estresse salino. Sementes selecionadas foram semeadas em vermiculita e, após 7 d as plântulas foram transferidas para bandejas de plástico contendo solução nutritiva, e mantidas em casa de vegetação. Após a emergência do primeiro trifólio, as plantas foram transferidas para vasos contendo 3 L de solução nutritiva, deixando-se apenas uma planta por vaso. Utilizou-se um tratamento-controle (sem adição de NaCl) e um salino (75 mmol L-1 de NaCl), iniciando-se a adição parcelada do NaCl (25 mmol L-1 por dia) 5 d após o transplantio para os vasos. Durante o período experimental, foram realizadas, na folha primária e nas 1ª, 2ª e 3ª folhas trifolioladas a partir da base da planta, as seguintes avaliações: área foliar, grau de suculência, massa específica, teores de íons, teor de clorofila e a taxa fotossintética líquida. No final do período experimental foram feitas as análises de crescimento da planta inteira. A salinidade não afetou a taxa fotossintética líquida, porém reduziu a produção de matéria seca e o número de ramos laterais. Os teores de Na, Cl, K e P aumentaram nas folhas de plantas estressadas, porém essas repostas foram especialmente influenciadas pelo tempo e pela idade da folha. Os maiores teores de Na e Cl nas folhas mais velhas podem contribuir para reduzir o acúmulo desses íons nas partes em crescimento, porém a tendência de acúmulo de K e P em folhas de plantas estressadas pode ser conseqüência da redução na retranslocação, não contribuindo para a aclimatação da planta ao estresse. Por outro lado, a salinidade aumentou a relação fonte/dreno, a suculência, a massa específica e o teor de clorofila por unidade de área foliar, sugerindo que essas mudanças observadas podem constituir parte de um processo integrado de aclimatação da planta ao estresse.Resumo em Inglês:
The effect of salt stress of known intensity and duration on morpho-physiological changes in leaves of different ages from cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] plants was studied, aiming for a better understanding of the acclimation process of the whole-plant. Seeds were sown in vermiculite and seedlings were transferred to plastic trays containing aerated nutrient solution, and kept in a greenhouse. When the first trifoliate leaf emerged the seedlings were transplanted into 3 L plastic pots containing aerated nutrient solution. Salt additions started 5 d later, and the salt-treated plants received 25 mmol L-1 per day until reaching a final concentration of 75 mmol L-1. During the experimental period primary leaves and the 1st, 2nd, and 3rd trifoliate leaves were used for measurements of net photosynthesis, leaf area, leaf succulence, specific leaf mass, ions and chlorophyll concentrations. Growth analysis of the whole-plant was performed at the end of the experimental period. Salinity did not affect net photosynthesis, but reduced dry mass production and the number of lateral branches. Leaf concentrations of Na+, Cl-, K+ and P increased in salt-stressed plants, but these responses were dependent upon stress duration and leaf age. The higher concentration of potentially toxic ions (Na+ and Cl-) in older leaves could contribute to the reduced ion accumulation in growing tissues, but the tendency of K and P accumulation in leaves appeared to be the result of reduced re-translocation, i.e., not related to plant acclimation. Salinity also increased the source/sink ratio, leaf succulence, specific leaf mass, and chlorophyll accumulation per unit of leaf area, suggesting that the observed changes could be part of an integrated mechanism of whole-plant acclimation to salt stress.Resumo em Português:
Caesalpinia echinata Lam. (pau-brasil) é uma espécie arbórea ameaçada, que ocorre na costa leste do Brasil, em latitudes de 5°56´S a 22°56´S. Em tal faixa de distribuição espera-se que a temperatura e o comprimento do dia possam afetar o desenvolvimento da planta, o que foi investigado no presente estudo. Plantas jovens com um e cinco anos de idade foram cultivadas sob fotoperíodos controlados de 8 h, 12 h e 20 h e em casa de vegetação, sob luz natural, durante 16 meses. Em outro experimento, plantas jovens com um ano de idade foram cultivadas por seis meses em câmara de crescimento, onde a temperatura máxima foi reduzida, e em casa de vegetação. O número de folhas, a altura do caule e o diâmetro do caule à superfície do solo foram avaliados a cada dois meses (experimento 1), ou mensalmente (experimento 2). No experimento 1, não foi encontrada alteração de crescimento nas plantas crescendo sob os diferentes tratamentos fotoperiódicos. Foi possível ajustar regressão polinomial para o aumento do número de folhas, em função do tempo, com diferença significativa na inclinação da curva para as plantas das duas idades. A altura do caule aumentou linearmente nas plantas mais jovens e, nas mais velhas, tal parâmetro ajustou-se à regressão polinomial. As medidas de crescimento relacionaram-se significativamente com as médias das temperaturas máximas diárias registradas. No experimento 2, também foram encontradas regressões significativas entre o crescimento das plantas e as temperaturas máximas para aumento do número de folhas e da altura do caule. Os resultados mostraram que o crescimento vegetativo dessa espécie tropical é afetado pela temperatura e não pelo fotoperíodo.Resumo em Inglês:
Caesalpinia echinata Lam. (brazilwood) is an endangered tree species occurring along the eastern coast of Brazil from latitudes 5°56´S to 22°56´S. With such a range of distribution it is expected that temperature and daylength may affect plant development, which was examined in this study. One- and five-year-old saplings were grown under controlled photoperiods of 8 h, 12 h and 20 h, and in a greenhouse under natural light during 16 months. In another experiment, one-year-old saplings were cultivated for six months in a growth cabinet, with reduced maximum temperature, and in the greenhouse. Leaf number, stem height and stem diameter at the soil surface were evaluated every two months (experiment 1) or every month (experiment 2). In experiment 1, no significant effect of photoperiod on growth of saplings was observed. The increase of leaf number with time followed a polynomial model, and the slope of the curves differed significantly for saplings of the two ages. Stem height increased linearly in younger saplings and fitted a polynomial curve in older saplings. Stem diameter enlarged linearly with time in all saplings. Growth parameters were significantly related to high temperatures. In experiment 2, significant regressions between growth and the maximum daily temperatures recorded were also found for increase of leaf number and stem height increment. Our results show that vegetative growth of the saplings of this tropical species is affected by temperature but not by photoperiod.Resumo em Português:
Sementes de Caesalpinia echinata são tolerantes à dessecação, mantendo sua viabilidade com níveis de 0,08 g H2O g-1 MS. Quando armazenadas sob condições de laboratório perdem a viabilidade em um mês, enquanto sob baixas temperaturas a capacidade germinativa é mantida por dois anos. A concentração e a composição de açúcares solúveis, ciclitóis livres e ciclitóis galactosilados durante o desenvolvimento e a maturação dessas sementes foram analisadas no presente trabalho, com o propósito de compreender-se o envolvimento daqueles compostos na maturação e na qualidade da semente. Inflorescências foram marcadas na antese e posteriormente coletadas desde 32 até 59 d após antese (DAA) e após a deiscência. A maturidade fisiológica de sementes de C. echinata ocorreu entre 60-65 DAA, imediatamente antes da dispersão, quando as sementes apresentavam 0,43-0,67 g H2O g-1 MS. Carboidratos solúveis totais corresponderam a cerca de 10% da matéria seca das sementes. Análises por cromatografia gasosa e espectroscopia de massas permitiram quantificar 12 compostos presentes nos eixos e cotilédones durante o desenvolvimento das sementes. Estes incluem frutose, glicose, sacarose, rafinose, os ciclitóis mio-inositol, D-chiro-inositol, D-pinitol e os ciclitóis galactosilados, galacto-pinitol A, galacto-pinitol B e ciceritol. Sacarose foi detectada em grandes proporções durante todo o processo de desenvolvimento das sementes. Traços de rafinose foram detectados, principalmente em sementes imaturas. D-chiro-inositol e mio-inositol foram encontrados em baixas quantidades e pinitol aumentou de forma contínua nos eixos e nos cotilédones. Ciceritol, galacto-pinitol A e galacto-pinitol B foram acumulados de 40 DAA até o final da fase de maturação, representando, com a sacarose, as maiores reservas de carboidratos solúveis das sementes de C. echinata. Estes resultados permitem concluir que o acúmulo de reservas solúveis de carbono está relacionado com o grau de maturação das sementes de C. echinata e com qualidade final dessas sementes.Resumo em Inglês:
Seeds of Caesalpinia echinata are tolerant to desiccation, keeping their viability up to 0.08 g H2O g-1 DM. When stored under laboratory conditions they lose their viability within one month, while under low temperatures germination ability is maintained during two years of storage. Here, we report on the variations of soluble carbohydrates, cyclitols and cyclitol galactosides in seeds of C. echinata during development and maturation, aiming for a better understanding of the involvement of these compounds in the maturation process and seed quality. Individual flowers were tagged on the day of anthesis and pods were collected directly from the branches from 32 to 59 d after anthesis (DAA). Seeds were also collected after shedding. The physiological maturity of C. echinata seeds occurred 60-65 DAA, immediately before shedding, when seeds had 0.43-0.67 g H2O g-1 DM. Soluble carbohydrates made up about 10% of the seed dry mass. Gas chromatography and mass spectrometry allowed the identification and quantification of 12 soluble carbon compounds present in both the axis and cotyledons of developing C. echinata seeds. These included fructose, glucose, sucrose, raffinose, the cyclitols myo-inositol, D-chiro-inositol, D-pinitol, and the cyclitol galactosides, galacto-pinitol A, galacto-pinitol B and ciceritol. Sucrose was present in high proportions in both tissues during seed development. Traces of raffinose were also detected, mainly in immature seeds. D-chiro-inositol and myo-inositol were found in low amounts and pinitol transiently increased in both axis and cotyledons. Ciceritol, galacto-pinitol A and galacto-pinitol B accumulated from 40 DAA to the end of seed maturation, representing along with sucrose the major carbon reserves of C. echinata seeds. These results allowed us to conclude that variations in soluble carbon reserves of C. echinata seeds were related to the maturation process and seed quality.Resumo em Português:
A fitoextração é uma técnica remediadora importante para áreas contaminadas por chumbo (Pb), sendo importantes os estudos que relacionam a tolerância de espécies de clima tropical, desenvolvidas em níveis crescentes de contaminação, com a sua fisiologia, para que possam ser cultivadas como fitoextratoras em áreas contaminadas. Este trabalho teve o objetivo de estudar a espécie Ricinus communis L. como potencial fitoextratora de Pb. As plantas foram cultivadas em solução nutritiva, em casa de vegetação, sob condições semi-controladas. Testaram-se as concentrações 0, 100, 200 e 400 µmol Pb L-1. Os experimentos foram instalados em blocos ao acaso, em esquema fatorial 4 x 1, com três repetições. Foram realizadas análises biométricas e medidas as taxas de fotossíntese, bem como as concentrações de Pb na solução nutritiva, nas raízes e na parte aérea das plantas. Concluiu-se que R. communis L é uma espécie hiperacumuladora e apresenta tolerância ao Pb em baixas concentrações.Resumo em Inglês:
Phytoextraction is an important technique used for the decontamination of areas polluted by lead. Consequently, an understanding of the physiological responses to tolerance of tropical species subjected to increasing levels of contamination is fundamental before considering their use as phytoextractors in contaminated areas. The objective of this study was to assess the lead (Pb) uptake and the tolerance of Ricinus communis L. The plants were cultivated in nutrient solution in a greenhouse under controlled conditions. Lead was tested at concentrations of 0, 100, 200 and 400 µmol L-1. The experimental set-up was a block design, using a 4 x 1 factorial scheme, with three replicates. Biometric analyses, photosynthesis rates, and Pb content in the nutritive solution as well as in roots and shoots were performed. In conclusion, R. communis L is a hyperaccumulator species for Pb and presents tolerance properties in lead light concentration.Resumo em Português:
Em florestas tropicais, a luz é considerada o recurso mais limitante para o crescimento e reprodução das plantas. Além da luz, o déficit hídrico leva invariavelmente à diminuição da fotossíntese. Assim, apesar do indiscutível papel da luz na assimilação de CO2 (A), espera-se que o déficit hídrico afete e limite a utilização da luz pelas plantas. Neste estudo, investigou-se como o déficit hídrico influenciou a indução fotossintética de uma espécie pioneira arbórea, Bauhinia forficata (Fabaceae), e de uma secundária, Esenbeckia leiocarpa (Rutaceae), no sub-bosque e na clareira. As medidas foram feitas em junho e agosto de 2006 em plantas com aproximadamente dois anos. Em agosto, as plantas foram sujeitas a um período de 45 d sem chuva, caracterizando uma situação de déficit hídrico. O potencial hídrico foliar foi significativamente menor em agosto, na clareira e no sub-bosque (-2,5 e -3,8 MPa, respectivamente), do que em junho (-0,6 and -1,6 MPa, respectivamente). Em junho, ambas espécies apresentaram um rápido aumento em A após o pulso de luz saturante na clareira. Contudo, no sub-bosque, o aumento em A foi mais lento em B. forficata do que em E. leiocarpa. Em agosto, o déficit hídrico limitou o aumento em Amax em ambas espécies, indicando que a utilização potencial do aumento da irradiância foi reduzida por condições de déficit hídrico. A restrição em Amax foi menos pronunciada no sub-bosque, onde as plantas ao menos atingiram a irradiância de compensação, enquanto o ganho de carbono pela fotossíntese das plantas desenvolvidas na clareira não compensou a perda de carbono pela respiração.Resumo em Inglês:
In tropical forests, light is considered the most limiting resource for plant growth and reproduction. Besides light, water deficit leads invariably to a decrease in photosynthesis. Thus, despite of the unquestionable role of light in CO2 assimilation (A), it is expected that water deficit affects and limits the light utilization by plants. In this study, we investigated how water deficit influenced the photosynthetic induction of the early successional tree Bauhinia forficata (Fabaceae) and the late successional Esenbeckia leiocarpa (Rutaceae) in the understorey and in the forest gap. Field measurements were carried out in June and August 2006 in plants of approximately two-years-old. In August, the plants were subjected to a period of 45 d without rain characterizing a water deficit situation. Leaf water potential was significantly lower in August, both in forest gap and understorey (-2.5 and -3.8 MPa, respectively), than in June (-0.6 and -1.6 MPa, respectively). In June, both species presented a rapid increase in A after a saturating light pulse under gap conditions. However, in the understorey the increase in A was slower in B. forficata than in E. leiocarpa. In August water deficit limited the increase in Amax in both species, indicating that potential utilization of increasing irradiance was reduced by water deficit conditions. The constrain in Amax was less pronounced in the understorey where plants at least reached the irradiance compensation point, whereas carbon gain by photosynthesis of the plants grown in the gap did not compensate the carbon loss by respiration.Resumo em Português:
A capacidade reduzida de armazenamento apresentada pelas sementes recalcitrantes tem impedido sua inclusão em programas de conservação ex situ. As causas da rápida queda da viabilidade durante o armazenamento ainda não estão totalmente elucidadas. Visando, portanto, a um melhor entendimento desse comportamento, embriões de sementes recalcitrantes de Inga vera subsp. affinis foram armazenados sob várias condições e avaliados periodicamente com relação a aspectos fisiológicos e citológicos. Embriões armazenados sem secagem, a 5ºC, perderam totalmente a viabilidade em 18 dias. Embriões parcialmente desidratados apresentaram 95% de germinação após 14 dias de armazenamento em sacos plásticos selados. Entretanto, após 30 dias de armazenamento, a viabilidade foi totalmente perdida. O armazenamento de embriões sem secagem em solução de polietileno glicol (PEG) a um potencial hídrico de -1,7 MPa foi capaz de manter uma alta capacidade de germinação até 30 dias de armazenamento. Quando adicionado à solução de PEG, o ácido abscísico mostrou uma forte interação com a temperatura de armazenamento, com um efeito positivo na longevidade dos embriões armazenados a 20ºC, porém um efeito negativo nos embriões armazenados a 5ºC. No entanto, em nenhuma condição, a viabilidade dos embriões pôde ser mantida por mais de 50 dias. Embriões de sementes coletadas nas mesmas árvores no ano seguinte mostraram uma melhor capacidade de armazenamento, alcançando 45% de germinação após 62 dias de armazenamento. A análise de alterações celulares durante o armazenamento dos embriões mostrou o desaparecimento de grânulos de amido e vários danos às células, como dobras na parede celular e fragmentação do citoplasma.Resumo em Inglês:
The remarkably short storability of recalcitrant seeds has prevented their inclusion in programs of ex situ conservation. The causes of their desiccation sensitivity and rapid decline in viability during storage are not fully elucidated yet. In this study the highly recalcitrant, fully viable embryos of the tree species Inga vera subsp. affinis were stored under various conditions and analyzed physiologically and cytologically at intervals, in order to obtain more insights in their loss of viability during storage. Embryos stored fully hydrated at 5ºC fully lost viability in 18 d. Sealed storage of partially dehydrated embryos slightly prolonged their viability, with 95% germination being attained after 14 d of storage. However, after 30 d of storage, viability was completely lost. Storage of hydrated embryos in a solution of polyethylene glycol (PEG) at -1.7 MPa water potential was capable of maintaining high germinability until 30 d of storage. When added to the PEG solution, abscisic acid showed a strong temperature-dependent interaction, with a positive effect on the longevity of embryos stored at 20ºC and a negative effect on embryos stored at 5ºC. In any case, embryo viability could be maintained no longer than 50 d. Embryos from seeds collected from the same trees in the following year showed better storability and still attained 45% germination after 62 d of storage. Analysis of cellular alterations during storage and viability loss of the embryos showed disappearance of starch granules and various damages to the cells, such as cell wall folding and cytoplasm fragmentation.