Anatomia foliar comparativa das cultivares de Nicotiana tabacum L. (Solanaceae) sensível e tolerante ao ozônio

Comparative leaf anatomy of Nicotiana tabacum L. (Solanaceae) cultivars sensitive and tolerant to ozone

Anatomia foliar comparativa das cultivares de Nicotiana tabacum L. (Solanaceae) sensível e tolerante ao ozônio

Comparative leaf anatomy of Nicotiana tabacum L. (Solanaceae) cultivars sensitive and tolerant to ozone

Andrea Nunes Vaz Pedroso; Edenise Segala Alves¹

Instituto de Botânica, C. Postal 3005, 01061-970 São Paulo, SP, Brasil

RESUMO

O ozônio troposférico causa necroses foliares em Nicotiana tabacum. Cultivares de tabaco são muito utilizadas como bioindicadoras de ozônio, em programas de biomonitoramento da qualidade do ar. Dentre elas destacam-se as cultivares Bel-W3 (sensível) e Bel-B (tolerante). Este estudo teve como objetivo verificar se as duas cultivares apresentam variações na estrutura foliar que possam ajudar a explicar a diferença na sensibilidade ao ozônio que ambas apresentam. Em plantas que cresceram em ambiente isento de poluentes aéreos foram coletadas folhas do terceiro nó e que foram processadas segundo técnicas usuais empregadas em anatomia vegetal. Realizaram-se análises quantitativas e qualitativas dos tecidos foliares. A cultivar Bel-W3, quando comparada à Bel-B, apresentou menor densidade estomática na superfície abaxial e maior espessura do mesofilo. Qualitativamente as células de ambas cultivares mostraram aspecto sadio, com os vacúolos ocupando praticamente todo o volume celular. A cultivar sensível apresentou visivelmente mais espaços intercelulares, câmaras estomáticas maiores e estômatos ligeiramente salientes em ambas superfícies foliares. Tais características, que facilitam a entrada e a difusão dos poluentes na folha, podem explicar, do ponto de vista estrutural, a maior sensibilidade da cultivar Bel-W3.

Palavras-chave: anatomia foliar, ozônio, tabaco Bel-W3, tabaco Bel-B

ABSTRACT

Tropospheric ozone produces symptoms such as leaf injury in Nicotiana tabacum. Tobacco cultivars are often used as ozone indicators in air-quality biomonitoring programs. Bel-W3 (sensitive) and Bel-B (tolerant) cultivars are better known. The aim of this study was to verify if the two cultivars show variation in leaf structure that may help to explain differences in ozone sensitivity. Expanded leaves from plants growing in pollutant-free air were collected, processed according to the usual techniques of plant anatomy, and analyzed quantitatively and qualitatively. The sensitive cultivar showed lower stomatal density on the abaxial leaf surface and thicker mesophyll cells when compared to the tolerant cultivar. Qualitatively speaking, both cultivars had healthy cells with unaltered vacuoles. In the sensitive cultivar, we could see more intercellular spaces, larger substomatal chambers and slightly prominent stomata on both leaf surfaces. From a structural view point, these features explain why cultivar Bel-W3 is more sensitive.

Key words: leaf anatomy, ozone, tobacco Bel-W3, tobacco Bel-B

Introdução

Cultivares de Nicotiana tabacum L. (Solanaceae) são empregadas em programas de biomonitoramento da qualidade do ar em regiões temperadas (Heggestad & Middleton 1959; Ashmore et al. 1978; Langerbatels et al. 1991; Krupa et al. 1993; Koppel & Sild 1995; Antonielli et al. 1997; Klumpp et al. 2001; Saitanis et al. 2001; Saitanis & Karandinos 2002; Vergé et al. 2002). Dentre elas, as mais utilizadas são as cultivares Bel-W3, muito sensível ao ozônio, e a Bel-B, tolerante a esse gás.

De acordo com Heggested (1991), a origem dessas cultivares de tabaco remonta ao final da década de 1950, quando foram iniciadas pesquisas visando à redução de perdas na cultura do tabaco. As folhas de tabaco costumavam apresentar manchas, naquela época, denominadas de manchas do tempo ("weather fleck"), que foram posteriormente atribuídas ao efeito do ozônio. Desde 1962, a cultivar Bel-W3 vem sendo usada, em muitos países, como indicadora da presença de concentrações fitotóxicas de ozônio e, graças a ela, atualmente, muito se sabe sobre o fitotoxicidade desse gás.

Dentre os muitos estudos que relatam o biomonitoramento do ar com tabaco podem ser citados os trabalhos de Cuny et al. (2004), que empregaram as cultivares Bel-W3 e Bel-B no monitoramento de ozônio em área industrial na França; Klumpp et al. (2004) que empregaram o tabaco e outras espécies bioindicadores num estudo amplo e abrangente que envolveu doze cidades européias. Muitos exemplos do emprego pontual das duas cultivares na avaliação da qualidade de ar urbano também são encontrados, podendo ser citados, dentre outros, os trabalhos de Stabentheiner et al. (2004), desenvolvido na Áustria e o de Zbierska & Karolewicz-Borowiak (2004), desenvolvido na Polônia.

Nas regiões tropicais há muito são sentidos os problemas da poluição do ar, especialmente em cidades do Brasil, Chile, Argentina, Colômbia e Venezuela (Klumpp et al. 2000; Domingos et al. 2002). Programas de biomonitoramento devem ser incentivados nesses países, uma vez que representam uma alternativa barata, que fornece informações sobre a qualidade do ar em locais que não contam com custosas redes de monitoramento (De Temmerman et al. 2004). Nesse contexto, as duas variedades de tabaco são muito úteis, uma vez que há protocolos de exposição e análise de sintomas que permitem a padronização e a comparação dos resultados (VDI 2003).

Os sintomas observados nas cultivares de tabaco são caracterizados por manchas necróticas de coloração acobreada. A cultivar tolerante apresenta a injúria clássica, ou seja, esta aparece apenas na superfície adaxial, enquanto que a cultivar sensível desenvolve a injúria em ambas as superfícies foliares (Heggestad 1991).

Alguns estudos já foram desenvolvidos na tentativa de se explicar a diferença no grau de sensibilidade das cultivares sensível e tolerante do tabaco. Dentre alguns dos parâmetros comparados estão a quantidade de enzimas neutralizadoras de danos oxidativos, a atividade de enzimas relacionadas à defesa contra patógenos, a taxa fotossintética e as trocas gasosas (Langerbartels et al. 1991; Pasqualini et al. 2002; Schraudner et al. 1992; van Buuren et al. 2002).

Ainda visando explicar diferenças na sensibilidade ao ozônio das duas cultivares, Saitanis & Karandinos (2002) compararam alguns parâmetros morfométricos, além da densidade estomática, em seis cultivares de tabaco, dentre elas a Bel-W3 e não encontraram variações significativas entre elas.

Nesse contexto, o presente estudo objetiva, com base em parâmetros anatômicos da folha, buscar resultados que possam ajudar a explicar a diferença na sensibilidade ao ozônio das cultivares Bel-W3 e BelB do tabaco.

Material e métodos

A produção das cultivares de Nicotiana tabacum L. Bel-W3 e Bel-B seguiu o protocolo VDI (1999). As sementes foram depositadas em caixas plásticas contendo substrato Plantimax^® e vermiculita fina na proporção de 3:1. Após a germinação, as plântulas foram transferidas para vasos plásticos apoiados sobre telas de arame galvanizado, dispostas sobre caixas plásticas contendo água de torneira. A irrigação adequada das plantas foi garantida por cordões de náilon previamente inseridos nos vasos, cujas extremidades estavam em contato com as raízes da planta e com a água presente nas caixas. Semanalmente, cada vaso recebeu 100 ml de solução de Hoagland (Epstein 1975).

Dois vasos de cada cultivar, contendo uma planta cada, com cerca de 50 dias de idade e seis folhas, foram mantidos por 14 dias em casa de vegetação, com sistema de filtros que impedem a entrada dos poluentes, e também com temperatura e umidade controladas. Devido ao ar isento de poluentes da casa de vegetação, as folhas das duas cultivares não apresentaram injúrias. Ao término do período foram selecionadas para o estudo as folhas do terceiro nó, contando-se do ápice para a base, que já estavam totalmente expandidas. Estas foram fixadas sob vácuo, em FAA₇₀ (Berlyn & Miksche 1976) e posteriormente armazenadas em álcool 70%.

Foram selecionados fragmentos da região mediana do limbo foliar, que foram diafanizados de acordo com Strittmatter (1973, modificado), outros foram emblocados em polietilenoglicol (Richter 1981, modificado), seccionados em micrótomo rotativo, duplamente corados com azul de astra e safranina 1% aquosos (9:1) (Kraus & Arduin 1997) e montados em resina sintética.

Para classificação morfológica das folhas considerou-se Radford et al. (1974).

Para as análises qualitativas e quantitativas dos tecidos foliares foi utilizado microscópio equipado com câmara para captura de imagens e sistema semi-automático de medições, com software de análise de imagens Image-Pro Express versão 4.0.1, da Media Cybernetics.

Foram quantificadas as espessuras do parênquima paliçádico, do parênquima lacunoso e da lâmina foliar (µm) e, com base nesses valores, estabeleceu-se a porcentagem relativa desses tecidos. Determinou-se, também, a densidade estomática (mm²), em ambas as superfícies da folha. Análises comparativas entre as folhas das duas cultivares foram realizadas para detectar variações no aspecto geral das células, como seu formato, presença de variações nas paredes celulares, entre outros parâmetros qualitativos.

Para determinação das diferenças para cada variável quantitativa, aplicou-se intervalo de confiança eliminando assim os outliers, logo após aplicou-se o teste-t, para identificação das diferenças entre os tratamentos. Nas análises estatísticas, utilizou-se o software Sigma Stat®.

Resultados

As folhas das cultivares Bel-W3 e Bel-B de Nicotiana tabacum são simples, alternas, pilosas com tricomas em ambas superfícies, ápice acuminado, base decorrente, margem crenada. As folhas adultas apresentam comprimento médio de 11,3 cm e largura, na região mediana, de 20 cm; seu padrão de nervação é broquidódromo.

As células epidérmicas das superfícies abaxial e adaxial, em vista frontal, apresentam paredes sinuosas, de formato irregular (Fig. 1-4). A folha é anfiestomática com estômatos do tipo anomocítico mais freqüentes na superfície abaxial (Tab.1) e mais elevados em relação às demais células epidérmicas (Fig. 5-6). Os tricomas glandulares são multicelulares, unisseriados com porção apical globosa e unicelular (Fig. 1, ³). Em secção transversal, a epiderme é unisseriada, o mesofilo é dorsiventral, com uma camada única de parênquima paliçádico e com quatro a cinco camadas de parênquima lacunoso (Fig. 5-6). O colênquima é do tipo angular e apresenta, na nervura principal, cerca de três camadas na região adaxial e cinco na região abaxial. O sistema vascular da nervura principal apresenta formato de meia lua, constituído por um feixe bicolateral (Fig. 7-8). Nas nervuras secundárias o feixe é colateral. Na nervura principal o câmbio está presente na face abaxial (Fig. 10-11) e o sistema vascular, delimitado pelo periciclo, é envolvido pela endoderme que apresenta amido (Fig. 9).

Os valores médios da densidade estomática na superfície abaxial foram maiores na cultivar tolerante quando comparada à cultivar sensível (Tab. 1). Entretanto na superfície adaxial, os valores não diferiram estatisticamente entre si (Tab. 1).

Constatou-se que a cultivar sensível apresentou maior espessura dos tecidos parenquimáticos (Tab. 1), porém o número de camadas de parênquima lacunoso não diferiu (Fig. 5-6). A porcentagem relativa do parênquima paliçádico e lacunoso nas duas cultivares encontra-se na Tab. 1.

Qualitativamente, as células que constituem o mesofilo de ambas as cultivares apresentaram aspecto sadio, com vacúolos íntegros, cloroplastos e núcleo visíveis ao microscópio fotônico (Fig. 5-6). Constatouse uma nítida variação nos espaços intercelulares, sendo que a cultivar sensível apresentou maior quantidade, além de câmaras subestomáticas maiores (Fig. 5-6). Em secção transversal, não foi encontrada variação no aspecto dos elementos de vaso em ambas as cultivares (Fig. 10-11).

Discussão

O ozônio troposférico é absorvido pelas plantas através dos estômatos (Manning & Feder 1980). Comparando-se a densidade estomática das cultivares de N. tabacum sensível e tolerante ao ozônio, observou-se variação apenas na superfície abaxial e a cultivar tolerante mostrou a maior densidade, o que contraria alguns autores que correlacionam positivamente a densidade estomática com a maior sensibilidade de diferentes espécies vegetais ao ozônio (Pääkkönen et al. 1996; Evans et al. 1996; Pääkkönen et al. 1997; Ferdinand et al. 2000; Alves et al. 2001). Contudo não há consenso, uma vez que outros autores indicam relação inversa (Sharma & Butler 1975; Sharma 1989). Além disso, outros estudos realizados com diferentes cultivares de N. tabacum mostram que a densidade estomática não varia acentuadamente entre cultivares sensíveis e tolerantes (Heggestad 1991; Saitanis & Karandinos 2002), o que mostra que esta característica não exerce papel fundamental na determinação do grau de sensibilidade das cultivares ao ozônio.

Muitos estudos mostram que a posição dos estômatos tem influência nas trocas gasosas. Estômatos elevados em relação às demais células epidérmicas facilitam a entrada de gases (Willmer & Fricker 1996; Fahn & Cutler 1992). As duas cultivares de N. tabacum apresentaram, nas duas superfícies, estômatos elevados em relação às demais células epidérmicas, contudo na cultivar sensível, a elevação foi mais acentuada, o que poderia levar, em parte, a diferença na sensibilidade das duas cultivares, uma vez que estômatos mais elevados facilitariam a entrada do poluente, contudo não se pode atribuir a diferença na sensibilidade diretamente à tal característica, uma vez que Pasqualini et al. (2002) não encontraram diferenças na condutância estomática das duas cultivares, quando expostas ao ozônio.

Vários autores sustentam a hipótese de que outras características estruturais da folha, além dos estômatos, são importantes na determinação da sensibilidade da planta aos poluentes, dentre elas destacam-se as variações na espessura dos tecidos que constituem o mesofilo (Bussotti et al. 1995; Evans et al. 1996; Gerosa et al. 2003).

No presente estudo, a cultivar sensível apresentou maior espessura foliar quando comparada à cultivar tolerante. Na literatura existem informações contraditórias com relação a espessura dos tecidos foliares e a contaminação do ambiente por poluentes aéreos. Bussotti et al. (1995), Gerosa et al. (2003) correlacionaram positivamente a espessura foliar com a maior concentração dos poluentes. Entretanto, outros autores encontraram relação inversa, isto é, o aumento na concentração de poluentes provocou a diminuição na espessura foliar (Eleftheriou 1987; Evans et al. 1996; Alves et al. 2001; Reig-Armiñana et al. 2004).

Outros autores já buscaram, com base em avaliações metabólicas, justificar a variação na sensibilidade entre as cultivares Bel-W3 e Bel-B. Pasqualini et al. (2002) verificaram que, quando as duas cultivares foram expostas ao ozônio, a cultivar tolerante mostrou maior capacidade de recuperação da fotossíntese e maior eficiência no ciclo do ascorbato, sendo o ácido ascórbico um dos compostos antioxidantes produzidos pelas plantas, que lhes confere proteção contra o ozônio. Ainda com o enfoque metabólico, Langebartels et al. (1991) verificaram que a cultivar tolerante apresentou, em relação à cultivar sensível, maior quantidade de poliaminas. De acordo com van Buuren et al. (2002), as poliaminas, substâncias neutralizadoras de danos oxidativos, têm várias funções e, dentre elas, a proteção da planta contra agentes abióticos ou bióticos e a proteção da clorofila, preservando a eficiência do processo fotossintético. van Buuren et al. (2002) observaram que a cultivar Bel-B, quando submetida ao ozônio, apresentou um rápido aumento em um tipo de poliamina, enquanto que na cultivar Bel-W3 esse aumento somente ocorreu quando as injúrias já estavam sendo formadas.

Com base nos diferentes autores aqui discutidos conclui-se que as defesas bioquímicas e fisiológicas são importantes e podem explicar, pelo menos em parte, a diferença na sensibilidade das duas cultivares ao ozônio. Contudo, os parâmetros estruturais da folha também devem ser considerados, uma vez que a maior quantidade de espaços intercelulares na cultivar sensível implica numa maior facilidade de difusão do ozônio no interior da folha. Esses resultados estão de acordo com Ferdinand et al. (2000) que avaliaram a diferença na sensibilidade ao ozônio em dois genótipos de Prunus serotina Ehrh. e constataram que o genótipo tolerante apresentou maior compactação do mesofilo. O mesofilo menos compacto observado na cultivar sensível facilitaria a difusão do ozônio no interior da folha, o que implicaria em maior possibilidade de danos às membranas celulares. A densidade estomática nas duas cultivares não mostrou relação direta com o grau de sensibilidade das mesmas.

Agradecimentos

À Dra Marisa Domingos e sua doutoranda Silvia Maria Romano Sant'Anna, pela ajuda e sugestões; ao CNPq, pela concessão de Bolsa de Mestrado à primeira autora e Bolsa de Produtividade à segunda; à FAPESP, pelo apoio logístico.

Recebido em 6/12/2006. Aceito em 16/04/2007

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  06 Maio 2008
• Data do Fascículo
  Mar 2008

Histórico

• Aceito
  16 Abr 2007
• Recebido
  06 Dez 2006