Aspectos fisiológicos de gramíneas nativas do bioma Pampa em relação ao excesso de alumínio | Physiological aspects of native gramines from the Pampa biome in relation to the excess of aluminum

The Pampa Biome is one of the main biomes in Brazil. Natural pastures cover more than 500 species belonging to the Poaceas family, with grasses being the species with the highest proportion and occurrence in this area, representing about 65 to 85% of the forage mass in natural pastures. Trivalent aluminum (Al+³) is the main limiting factor for the production of several agricultural crops and its toxicity causes, in large part, physiological disturbances and imbalance in the absorption of water and nutrients, resulting in less plant growth. In view of the variability and versatility of grasses in the Pampa Biome and their development and adaptability in environments considered to be not very fertile, it is necessary to study and understand the physiological responses of four species of native grasses exposed to excess Al+³, as well as to evaluate which species are more adapted to this condition. The objective of the study was to evaluate the physiological aspects of four species of grasses native to the Pampa Biome in relation to the excess of Al³+. Study I was conducted in a cultivation system using sand as a substrate, the treatments being composed of three concentrations of Al³+ (0, 75 and 150 mg Al³+ L-¹) and four species of grasses (Paspalum urvillei, Axonopus affinis, Paspalum plicatulum and Andropogon lateralis), irrigated with nutrient solution. After 40 days of cultivation, gas exchange, concentration of photosynthetic pigments, dry mass of aerial parts and roots, concentration of Al³+ and nutrients in tissues were determined. Study II was conducted in an aerated hydroponic cultivation system, using the same treatments of Al³+ and species of study I. At 15 days of cultivation, in exposure to Al³+,the leaf gas exchange was evaluated, followed by the collection of plants for determination of Al³+ concentration and nutrients in plant tissues, root biometry, dry mass production, photosynthetic pigments concentrations and total soluble proteins, guaiacol peroxidase (POD) activity, hydrogen peroxide (H2O2) concentrations and lipid peroxidation (TBARS). In study I, the excess of Al³+ in the substrate increased the concentration of the metal both in the roots and in the aerial part of the four grass species, a fact correlated to the reduction in the total dry mass production of A. affinis, P. plicatulum and A. lateralis On the other hand, P. urvillei, despite accumulating Al³+ in the roots, did not show any change in dry matter production. The gas exchange in the leaves, in general, was compromised mainly in the presence of 150 mg Al³+ L-¹. P. plicatulum showed the greatest change in the photosynthetic pigments concentration by Al³+. The positive correlations between the concentrations of Ca and Mg in the aerial part can show the importance of these nutrients as attenuating agents of the toxic effects promoted by Al³+. P. urvillei, among the species evaluated, proved to be tolerant to the excess of Al³+, while A. affinis, P. plicatulum and A. lateralis were more sensitive to Al³+. In study II the increments of Al³+ (75 and 150 mg L-¹) increased the concentration of Al³+ mainly in the roots of the P. urvillei and A. affinis, presenting themselves as more tolerant to the excess of Al³+, due to the greater presence of the metal in the root system. On the other hand, P. plicatulum and A. lateralis were characterized as more sensitive to Al³+ toxicity. Al³+ negatively affected the morphology of the root system, as well as the production of dry mass of the four species. In addition to promoting them, the reduction of net CO2 assimilation. P. urvillei there was no change in photosynthetic pigments. POD activity was compromised by the toxic effect of Al³+, which mainly promoted the increase in H2O2 in the shoot, consequently causing an increase in lipid peroxidation, resulting in the low response of the antioxidant system of grass species. The nutrient concentrations were altered with the increase of Al³+ (75 and 150 mg L-¹), with Ca, Mg and K being the most affected, obtaining inverse correlations to Al³+ concentrations.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O bioma Pampa é um dos principais biomas do Brasil. As pastagens naturais abrangem mais de 500 espécies pertencentes à família das Poaceas, sendo as gramíneas as espécies de maior proporção e ocorrência nessa área, representando cerca de 65 a 85% da massa de forragem nas pastagens naturais. O alumínio trivalente (Al+³) é o principal fator limitante para a produção de diversas culturas agrícolas e sua toxidez ocasiona, em grande parte, distúrbios fisiológicos e desequilíbrio na absorção de água e nutrientes, resultando no menor crescimento das plantas. Diante da variabilidade e versatilidade das gramíneas no bioma Pampa e seu desenvolvimento e adaptabilidade em ambientes considerados pouco férteis, se faz necessário estudar e compreender as respostas fisiológicas de quatro espécies de gramíneas nativas expostas ao excesso de Al+³, bem como avaliar quais as espécies são mais adaptadas para essa condição. O objetivo do estudo foi avaliar os aspectos fisiológicos de quatro espécies de gramíneas nativas do bioma Pampa em relação ao excesso de Al³+. O estudo I foi conduzido em sistema de cultivo utilizando a areia como substrato, sendo os tratamentos compostos por três concentrações de Al³+ (0, 75 e 150 mg Al³+ L-¹) e quatro espécies de gramíneas (Paspalum urvillei, Axonopus affinis, Paspalum plicatulum e Andropogon lateralis), irrigadas com solução nutritiva. Aos 40 dias de cultivo, foram determinadas as trocas gasosas, concentração de pigmentos fotossintéticos, massa seca de parte aérea e raízes, concentração de Al³+ e nutrientes nos tecidos. O estudo II foi conduzido em sistema de cultivo hidropônico aerado, utilizando os mesmos tratamentos de Al³+ e espécies do estudo I. Aos 15 dias de cultivo, em exposição ao Al³+, avaliaram-se as trocas gasosas da folha, seguido da coleta das plantas para a determinação da concentração de Al³+ e de nutrientes nos tecidos vegetais, biometria de raízes, produção de massa seca, concentrações de pigmentos fotossintéticos e de proteínas solúveis totais, atividade da guaiacol peroxidase (POD), concentrações de peróxido de hidrogênio (H2O2) e a peroxidação lipídica (TBARS). No estudo I o excesso de Al³+ no substrato aumentou a concentração do metal tanto nas raízes quanto na parte aérea das quatro espécies de gramíneas, fato correlacionado à redução da produção total de massa seca da A. affinis, P. plicatulum e A. lateralis. Por outro lado, a P. urvillei, apesar de acumular o Al³+ nas raízes, não apresentou alteração na produção de massa seca. As trocas gasosas nas folhas, em geral, foram comprometidas principalmente na presença de 150 mg Al³+ L-¹. P. plicatulum apresentou a maior alteração na concentração de pigmentos fotossintéticos pelo Al³+. As correlações positivas entre as concentrações de Ca e Mg na parte aérea podem evidenciar a importância desses nutrientes como agentes atenuadores dos efeitos tóxicos promovidos pelo Al³+. A P. urvillei, dentre as espécies avaliadas, mostrou-se ser tolerante ao excesso de Al³+, enquanto a A. affinis, P. plicatulum e A. lateralis mostraram-se mais sensíveis ao Al³+. No estudo II os incrementos de Al³+ (75 e 150 mg L-¹) aumentaram a concentração de Al³+ principalmente nas raízes da P. urvillei e A. affinis, apresentando-se como as mais tolerantes ao excesso de Al³+, devido a maior presença do metal no sistema radicular. Por outro lado, a P. plicatulum e A. lateralis caracterizaram-se como mais sensíveis à toxidez por Al³+. O Al³+ afetou negativamente os parâmetros biométrico-morfológicos do sistema radicular, bem como a produção de massa seca das quatro espécies. Além de promover nas mesmas a redução da assimilação líquida de CO2. A P. urvillei não apresentou alteração nos pigmentos fotossintéticos. A atividade da POD foi comprometida pelo excesso de Al³+, o qual promoveu principalmente na parte aérea o aumento da concentração de H2O2, ocasionando consequentemente o aumento da peroxidação lipídica, resultando em baixa resposta do sistema antioxidante das espécies de gramíneas. As concentrações de nutrientes foram alteradas com o incremento de Al³+ (75 e 150 mg L-¹), sendo Ca, Mg e K os mais afetados, obtendo correlações inversas às concentrações de Al³+.