Escobedia grandiflora (L.f.) Kuntze (Orobanchaceae): estrutura e ultraestrutura seminal e pós-seminal no parasitismo com Pennisetum purpureum

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2017.

O parasitismo em plantas é um fenômeno de interação entre duas plantas, em que a planta parasita precisa penetrar no tecido vivo de outra planta captando delas os recursos necessários para sobreviver. Esse é o caso de Escobedia grandiflora, conhecida como açafrão do campo. Esta planta hemiparasita possui raízes alaranjadas, as quais têm sido utilizadas como corante alimentício, com expressivo potencial para a indústria. Pouco se sabe sobre biologia dessa planta, portanto, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar a estrutura e a ultraestrutura da semente e da planta durante o parasitismo com Pennisetum purpureum. Foram localizadas populações naturais de E. grandiflora, no estado de Santa Catarina (SC), e coletadas sementes em três dessas populações. Rizomas do hospedeiro P. purpureum foram obtidos de plantas localizadas no Centro de Ciências Agrárias (CCA) da UFSC. Dois ensaios foram feitos. No primeiro, foram semeadas sementes em papel absorvente umedecido durante 18 dias e foram feitas três coletas, duas durante a germinação e uma na pós-germinação. O segundo ensaio consistiu de dois tratamentos: no primeiro, sementes de E. grandiflora embebidas por cinco dias, foram semeadas com plantas do hospedeiro (CH),em bandejas com substrato. No segundo, as sementes embebidas foram semeadas em bandejas sem hospedeiro (SH). Para cada tratamento foram estabelecidas 40 repetições, totalizando 80 unidades amostrais. Na caracterização estrutural e de ultraestrutura, as amostras foram processadas e analisadas em microscopias ópticas, confocal e eletrônicas de varredura e transmissão. Entre os resultados, populações de E. grandiflora foram encontradas em quatro municípios de SC, dois registros novos de ocorrência de populações naturais em Campos Novos e Florianópolis, sendo um primeiro registro de E. grandiflora em todo o litoral Brasileiro. Estruturalmente, as sementes de E. grandiflora estavam compostas pela exotesta e endotélio, seguidas pelo perisperma e embrião. As sementes apresentaram reservas nutricionais armazenadas principalmente nos cotilédones. A protrusão da raiz foi caracterizada por um anel de pelos radiculares na junção hipocótilo-raiz, com alongamento das células corticais, cuja função é estabilizar a plântula no substrato e absorver rapidamente água e nutrientes. As plântulas de E. grandiflora formaram haustórios e penetraram com sucesso a raiz do hospedeiro, após 22 dias da emergência da raiz. Desde os 22 até os 64 dias, foi observada uma acumulação de grãos de amido nas células corticais da raiz. Essesgrãos de amido mostraram-se menores no caule comparados com os da raiz. Escobedia grandiflora exibiu lentocrescimento das plântulas, concentrou todas as reservas nutricionais para desenvolver o sistema radicular, aproximou-se das raízes do hospedeiro e formou haustórios para parasitar a raiz do hospedeiro. Também foi constatada a pigmentação laranja amarelada no interior dos grãos de amido, a qual indicou relação com material eletrodenso observado nos amiloplastos. Os resultados sugerem que esses carotenóides poderiam ser formados dentro dos amiloplastos. As plantas desenvolveram somente haustórios laterais, os quais formaram-seao longo da raiz. Passados 43 dias da germinação, E. grandiflora desenvolveu as primeiras folhas definitivas, passando ao estádio de planta. Nas folhas foram registrados dois tipos de tricomas, captados e não captados. O haustório estava composto, externamente, por uma epiderme, com pelos radiculares, e, internamente, apresentou uma região basal com tecido provascular, elementos traqueais, corpo hialino e endófito. A formação dos haustórios iniciou-se com o aumento no tamanho das células corticaise a subsequente aproximação do haustório na raiz de P. purpureum, até abranger o tecido do hospedeiro. No haustório foram observados compostos pécticos principalmente nos elementos traqueais e na interface parasita-hospedeiro. Esses compostostêm a função de uniras epidermes do haustório e do hospedeiro, facilitando a entrada do endófito do haustório no cilindro central do hospedeiro. Os haustórios desenvolvidos aos 22 dias estavam desprovidos de corpo hialino, mas aos 64 dias já se apresentavam maduros, com corpo hialino. Em plantas CH e SH, diferenças estruturais entre as duas foram observadas, tais como o aumento do número de grãos de amido nas células corticais, o aumento no tamanho do cilindro central, a maior pigmentação das raízes e a maior quantidade de haustórios, durante o parasitismo até 64odia. Plantas de E. grandiflora SH formaram um cilindro central, nas raízes, de menor tamanho em todas as etapas do desenvolvimento, comparados com plantas CH. Por outro lado, E. grandiflora não necessitou de um hospedeiro para formar haustórios, não obstante, a presença do hospedeiro promoveu a rápida formação dos haustórios.<br>

Abstract : Plant parasitism is a fascinating interaction phenomenon between two plants, where one parasitic plant needs to penetrate the living tissues of another plant from which it obtains some materials needed for survival. This is the case of Escobedia grandiflora, also known as ?açafrão do campo?, which is a wild hemiparasitic plant with orange-yellow roots commonly used for food dye.Little is known about itsbiology, and therefore, the objective of this study was to perform structural and ultraestrutural analysys of E. grandiflora seed sand plant during the parasitism with Pennisetum purpureum. There has been found natural populations of E. grandiflora in Santa Catarina (SC) state; and seeds were collected from three natural populations, and the P. purpureum host rhizome was collected from plants at Center for Agricultural Sciences of the Federal University of Santa Catarina, Florianópolis, Brazil. Two assays were carried out: in the first one, seeds were set on moistened absorbent paper for 18 days, and were made three harvests, two during germination and one in the post-germination stage. The second assay was contained two treatments; in the first one, 5 days imbibed seeds were sowed with host plants (CH), previously planted 30 days before, in trays with substrate. In the second treatment, the imbibed seeds were sowed in trays without host (SH). For each treatment it was established forty repetitions, totalizing 80 sample units. For the structure and ultraestructure characterization, sample roots were processed and analyzed in light microscopy, confocal microscopy and electronic scanning and transmission microscopy. Among the results, natural populations of E. grandiflora were found in four municipalities of SC, two new records for natural populations occurrence in Campos Novos and Florianópolis, the last being the first record in Brazilian coast. Structurally, E. grandiflora seeds were composed by two seed coat (testa and endothelium) covering the perisperm and the embryo. The seeds presented storage reserves mainly into the cotyledons. The emergence of the radicle were characterized by a collar of hair roots which encircles the axis at the root-hypocotyl junction, with the elongation of the internal cortical cells, and they had the function of anchor the seedling in its substrate and quickly absorb water and nutrients, at a critical stage for the seedling that had slow growth and still did not connect with the host root. The seedling of E. grandiflora formed haustoria and reached the host root with success after 22 days of root emergence. Since the day 22 until the 64 days, it was observed a starch grains accumulation on the root cortical cells, the starch grainswere smaller in the stem and larger on the root. E. grandiflora presented slow growth seedling, concentrated all storage reserves to develop the root system, approached to the host root and formed haustoria to parasite the host root. As well, it was verified an orange-yellow pigmentation in the inside of the starch grain that indicated a relation with electron-dense material observed in the amyloplasts. Those carotenoids could be produced into the amyloplasts. The plants developed only lateral haustoria, which formed along the root. After 43 days of the emergence, E. grandiflora developed definitive first leafs, beginning the plant phase, and were observed two trichome types, glandular and non glandular trichome. The haustoria was externally composed by an epiderm with root hairs, and internally presented the base of haustoria with the procambium, the tracheary elements, the hyaline tissue and parasite endophyte. Haustorio initiation began with the increase of the cortical cells size, and following haustoria approaches into P. purpureum root until anchoring the host root surface. It was observed into haustoria, pectins substances, mainly into tracheary elements and the interface parasite-host. These substances are implicated in sticking and allow internal anchoring of the parasite to the host tissue, facilitating the parasite endophyte to reach the central cylinder of the host. The haustoria developed after 22 days lacked hyaline body; however, it was different after 64 days, when they presented developed haustoria with hyaline body. In both CH and SH plants, structural differences between them, like the increase number of the starch grains into cortical cells, the central cylinder size increase, the root pigmentation increase and the haustoria quantity increase, were observed during the parasitism after 64 days of root emergence. The SH plants presented a smaller central cylinder in all stages of development as compared to CH plants. In contrast, E. grandiflora didnot need the host to develop haustoria; however, the host presence promotes a quick haustorial formation.