Nitrogen assimilation in different leaf portions of a tank epiphytic bromeliad

A folha é o principal órgão de absorção e assimilação de nutrientes dos membros epífitos com tanque da família Bromeliaceae. Pouco se conhece sobre a nutrição dessas bromélias, entretanto algumas evidências (TAKAHASHI, 2007) indicaram a possibilidade de haver uma absorção preferencial do nitrogênio na porção basal e a assimilação desse nutriente na porção apical foliar. Para se compreender melhor os mecanismos de assimilação do nitrogênio utilizados pelas bromélias epífitas com tanque, foi proposto neste trabalho dois principais objetivos: 1) verificar possíveis diferenças quanto à capacidade de assimilação do nitrogênio em diferentes porções foliares de uma bromélia epífita com tanque; 2) constatar possível preferência em assimilar fonte nitrogenada orgânica ou inorgânica, quando ambas estão disponíveis no interior do tanque. A estratégia utilizada para o primeiro objetivo foi cultivar bromélias da espécie Vriesea gigantea, cultivadas em casa de vegetação e registrar em suas folhas as variações temporais das atividades enzimáticas da urease, redutase do nitrato (NR), sintetase da glutamina (GS), desidrogenase do glutamato dependente de NADH (GDH-NADH) e arginase após o fornecimento, no interior do tanque das bromélias, de uma solução nutritiva contendo NO3-/NH4+ (3:2) ou uréia (5mM de N total), como fontes de nitrogênio. Foram analisadas as atividades enzimáticas nas porções apical e basal foliar de Vriesea gigantea nos seguintes tempos: 0, 1, 3, 6, 9, 12, 24, 48, 51, 54, 57, 60 e 73 horas após a rega. Além disso, também foram quantificadas as concentrações do amônio e da uréia endógenos presentes nos tecidos foliares de ambas as porções. Os resultados mostraram que, independente do tratamento, as atividades de GS, GDH e arginase foram mais altas na porção apical em todos os tempos de coleta. Já as atividades da NR e urease, foram crescentes e mais intensas na porção basal, da mesma forma como foi visto para as concentrações endógenas de amônio durante as primeiras 24 horas. As maiores concentrações de uréia endógenas também foram registradas principalmente na porção basal foliar. Esses resultados permitem inferir que a região apical pode estar envolvida, preferencialmente, com a assimilação do nitrogênio, enquanto que a basal, com a sua absorção, redução do nitrato e hidrólise da uréia. Além disso, sugere-se também que ocorra o transporte de amônio da base para a região de sua assimilação em aminoácidos (ápice) através do xilema e apoplasto. Em relação ao segundo objetivo, a estratégia utilizada foi fornecer à bromélia Vriesea gigantea com uma solução nutritiva que continha 5mM de nitrogênio total, disponível na forma inorgânica + orgânica (NH4+/NO3- + uréia nas proporções 1:1 ou 1:3, respectivamente). Como controle foram empregados os seguintes tratamentos: ausência de nitrogênio e presença de somente fontes inorgânicas (5mM de nitrogênio total). As porções apical e basal das folhas foram coletadas 9 horas após o fornecimento das soluções nutritivas e, posteriormente, utilizadas nas análises enzimáticas referentes às atividades da urease, NR, GS, e GDH-NADH. Além disso, foram quantificados em ambas as porções os teores endógenos de amônio, uréia, amido, açúcares totais e clorofila total. Também foram determinados as densidades de tricomas e estômatos nas duas regiões foliares. Verificou-se que as maiores atividades da GS (porção apical) e GDH (porção basal) foram registradas nos dois tratamentos com uréia (1:1 e 1:3) quando comparadas com as dos dois controles. As maiores concentrações de amônio endógeno na porção basal também foram detectadas nos mesmos tratamentos com uréia (1:1 e 1:3). Já a atividade da NR apresentou os maiores valores nos tratamentos de proporção 1:1 e no controle 2 (com somente fontes inorgânicas) na porção basal foliar. De modo interessante, a GS não mostrou o mesmo desempenho nos dois tratamentos (1:1 e controle 2), sendo que, no tratamento de proporção 1:1, a atividade foi o dobro daquela registrada no controle 2. Todos esses resultados analisados em conjunto permitem inferir que a bromélia Vriesea gigantea pode ter preferência por assimilar o nitrogênio proveniente da uréia quando essa fonte se encontra disponível no interior do tanque, mesmo quando também há a presença de formas inorgânicas (nitrato e amônio).The leaf is considered the most important vegetative organ of tank epiphytic bromeliads due to its ability to absorb and assimilate nutrients. Little is known about the nutrition of these bromeliads, but there are evidences that the basal region of the leaf may be preferentially involved with the absorption of nutrients, whereas the apical region may be involved with its assimilation (TAKAHASHI, 2007). In order to better understand the mechanisms utilized by these tank epiphytic bromeliads to optimize the nitrogen acquisition and assimilation, it was proposed in this study two main objectives: 1) verify the existence of a differential capacity to assimilate nitrogen in different leaf portions of a tank epiphytic bromeliad; 2) analyze the nitrogen assimilation preference between inorganic and organic nitrogen sources when both are available in the tank water. The experiments of the first objective were conducted using Vriesea gigantea plants, a typical specie of tank epiphytic bromeliad, cultivated in greenhouse. Nutrient solution containing NO3-/NH4+ (3:2) or urea as nitrogen source (5mM of total N) was supplied into the tank of these plants and the activities of urease, nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS), NADH-dependent glutamate dehydrogenase (GDH-NADH) and arginase were quantified in apical and basal leaf portions after 0, 1, 3, 6, 9, 12, 24, 48, 51, 54, 57, 60 and 73 hours. The ammonium and urea present in the tissues were also analyzed. Independent of the nitrogen source utilized, GS, GDH and arginase activities were higher in the apical portions of leaves in all the period analyzed. On the other hand, the opposite was observed in relation to NR and urease activities. The highest activities were detected in the basal portion of leaves at all harvest times, with increasing values during the first 24 hours of experiment. Interestingly, this same pattern was also observed in relation to the endogenous ammonium and urea: the highest contents were detected in the basal portion of leaves, with a gradual increase of ammonium in the first 24 hours of analysis. These results suggest that the basal portion of leaves was preferentially involved in nitrogen uptake, nitrate reduction and urea hydrolysis, while the apical portion was the main responsible for nitrogen assimilation. Moreover, it was possible to infer that the ammonium may be transported from the base (uptake region) to the apex of the leaves (the main nitrogen assimilation region) through the xylem and apoplast. In order to analyze the nitrogen assimilation preference of Vriesea gigantea, a nutrient solution containing 5mM of nitrogen containing a mixture of inorganic and organic sources (NH4+/NO3- + urea in the proportion 1:1 or 1:3, respectively) were supplied into the tank of the bromeliads. As a control, a nutrient solution containing no nitrogen source (control 1) or 5mM of inorganic nitrogen sources (control 2) were used. The basal and apical leaf tissues were collected after 9 hours and the activities of urease, NR, GS and GDH-NADH were analyzed. Endogenous ammonium, urea, starch, total soluble carbohydrates and total chlorophyll were also quantified. Furthermore, the density of trichomes and stomata were also analyzed on the abaxial leaf surface of both regions. The highest activities of GS (apex) and GDH (base), as well as the endogenous ammonium content (base), were registered in both treatments with urea (1:1 and 1:3) in comparison with both controls. A different pattern was obtained analyzing NR: the highest activities were observed in plants that received nutrient solutions containing only inorganic nitrogen (control 2) or a mixture of inorganic and organic nitrogen in the proportion 1:1. Moreover, an interesting behavior was observed in relation to the GS activity: it was detected the double activity of this enzyme when Vriesea gigantea was in contact with a mixture of inorganic and organic nitrogen (1:1) in comparison to the plants in the presence of only inorganic nitrogen sources. All results suggest that Vriesea gigantea may have preference to assimilate organic nitrogen source (urea), when the inorganic nitrogen sources (ammonium and nitrate) are also available in the tank water

Nitrogen assimilation in leaves of Vriesea gigantea (Bromeliaceae) during the ontogenetic transition from atmospheric to tank epiphyte habit

A fase de desenvolvimento é um importante fator a ser considerado em pesquisas sobre nutrição de bromélias. O hábito de vida dessas plantas pode mudar de: atmosférica (com folhas sem formar um tanque) para o com tanque ao longo do seu desenvolvimento. Algumas pesquisas mostraram que o conteúdo de nitrogênio foliar ou capacidade fotossintética são significantemente influenciados pela fase de desenvolvimento, porém não há registros de que a nutrição e o metabolismo do nitrogênio diferem entre bromélias jovens ou adultas. O objetivo principal deste projeto foi verificar se existem diferenças na dinâmica do metabolismo do nitrogênio (absorção, transporte e assimilação), decorrente da utilização de fontes de distintas (amônio, nitrato ou ureia), entre bromélias nas fases atmosférica ou adultas com tanque desenvolvido. Para tanto, plantas de Vriesea gigantea foram regadas com uma solução nutritiva que conteve 5mM de N total, disponível nas formas: 15NH4+ ou 15NO3- ou 15N-ureia. Foram feitas coletas temporais das raízes e de duas diferentes porções da folha (ápice e base) das bromélias jovens e de três regiões foliares (ápice, mediana e base) das folhas das bromélias adultas com tanque. Todas as amostras vegetais foram utilizadas na avaliação das atividades da: urease, redutase do nitrato, sintetase da glutamina e desidrogenase do glutamato; e da quantificação da abundância isotópica do 15N. Segundo os resultados, o nitrato foi considerado a fonte de nitrogênio absorvida em concentrações menores quando comparada com a ureia e o amônio pelas bromélias de ambas as fases de desenvolvimento. Entretanto, as bromélias atmosféricas mostraram ser capazes de capturar essa fonte inorgânica de nitrogênio mais eficientemente do que as bromélias com tanque, uma vez que o nitrato foi absorvido, transportado e assimilado rapidamente na 1ª hora após o fornecimento dessa fonte. Já para as bromélias adultas, a absorção do nitrato foi lenta e ocorreu, principalmente, no final do experimento (12ª e 24ª hora). O amônio e a ureia foram as fontes absorvidas em maiores concentrações tanto pelas bromélias jovens quanto pelas adultas. Entretanto, as bromélias atmosféricas foram capazes de captar e metabolizar maiores concentrações de nitrogênio proveniente do amônio, enquanto que as da fase adulta com tanque foram mais aptas a absorver e assimilar maiores concentrações de ureia em seus tecidos. A bromélia V. gigantea pode mudar a sua morfologia e fisiologia ao longo de seu desenvolvimento, tornando-se apta a captar as fontes de nitrogênio que, talvez, sejam mais abundantes em cada fase de seu desenvolvimento. A água da chuva que contém, principalmente, fontes inorgânicas de nitrogênio diluídas, pode ser o principal meio por onde as bromélias jovens captam o nitrogênio. Ao desenvolverem um tanque, as bromélias podem mudar a sua fisiologia, capturando preferencialmente fontes de nitrogênio provenientes de matéria orgânica decomposta que se acumula no interior da cisterna. As raízes das bromélias atmosféricas também mostraram cumprir um papel fundamental na nutrição dessas plantas durante a fase juvenil, pois aumentaram a capacidade de absorção e assimilação de fontes de nitrogênio. Quando as bromélias iniciam o desenvolvimento de um tanque, as bases das folhas passaram a assumir a função do sistema radicular, enquanto que as raízes, talvez, começassem a diminuir sua capacidade de captar os nutrientes do meio ambiente. Os resultados bioquímicos demonstraram que existe uma forte sincronização de todas as etapas do metabolismo do nitrogênio (absorção, transporte e assimilação) envolvendo diferentes partes do corpo das bromélias (raízes, porções foliares da base, mediana ou ápice) de ambas as fases de desenvolvimento, sugerindo que nos tecidos vegetais dessas plantas, existe uma fina regulação de todos os processos fisiológicos e metabólicos que compreendem o metabolismo do nitrogênio. Essa regulação controlada seria necessária para que as bromélias atmosféricas ou com tanque desenvolvido consigam absorver, transportar e assimilar as fontes de nitrogênio rapidamente e com grande eficiência. Para finalizar, o novo termo \"bromélia epífita jovem sem tanque\" foi sugerido para se referir à bromélia V. gigantea na fase juvenil ao invés de \"bromélia epífita atmosférica\". As raízes dessa bromélia jovem demonstraram ter um papel fundamental nos processos de absorção e assimilação das fontes de nitrogênio, uma característica que geralmente não é atribuída para as raízes das bromélias com o hábito de vida atmosféricoThe stages of ontogenetic development of bromeliad can be an important feature to be considered in the physiology studies because the young plants can be classified as atmospheric bromeliads, while the adult plants have a special structure formed by leaves called tank. Some studies showed that some physiological characteristics can be influenced by the stages of ontogenetic development in bromeliads as photosynthetic taxes or the total nitrogen (N) content in leaves. However, there are no records that nutrition and nitrogen metabolism differ between young and adult epiphytic bromeliads. The objective of this project was to verify the existence of differences in the dynamics of nitrogen metabolism (absorption, transportation and assimilation) arising from the use of distinct nitrogen sources (NH4+, NO3- or urea) in epiphytic bromeliad Vriesea gigantea with different stages of ontogenetic development (atmospheric or tank). A nutrient solution, consisting 5mM of total N, was offered to bromeliads. Three different forms of N sources were used: NH4+, NO3- or urea, enriched with 15N isotopes. Three distinct portions of leaf (apex, middle and base) of adult tank bromeliad and two different regions of leaf (apex and base) and roots of young bromeliads were harvested in six different times. All samples were used in enzymatic assays of urease, nitrate reductase, glutamate sinthetase and glutamate dehydrogenase and in the 15N isotope quantification. According to the results, the nitrate was considered the nitrogen source absorbed at lower concentration by young and adult bromeliads. The atmospheric bromeliads were able to capture nitrate more efficiently than the tank plants, since this inorganic nitrogen source was absorbed and assimilated quickly in the 1st hour of the experimental time while the tank bromeliads absorbed nitrate slowly at the end of the experiment (12th and 24th hour). Ammonium and urea sources were absorbed in higher concentrations by atmospheric and tank bromeliads. The young bromeliads were able to absorb and assimilate higher concentrations of nitrogen from ammonium, while tank bromeliad absorbed and assimilated higher concentrations of urea. In each development stage, the epiphytic bromeliad V. gigantea can absorb and assimilate the nitrogen sources which are more available in the environment. The atmospheric bromeliads get to absorb diluted nutrients as inorganic nitrogen sources mainly from rainwater. After the tank structure developed in the rosette, the morphology and/or physiology features changes in the adult bromeliads. The tank bromeliads get to absorb mainly organic nitrogen sources from decomposed organic matter which accumulates inside the tank. The roots of atmospheric bromeliads also showed an important role in the nutrition of the young plants since the atmospheric bromeliads get to improve the nitrogen sources uptake and nitrogen assimilation. When the bromeliads developed a tank, the bases of the leaves might assume the absorption function, whereas the roots, perhaps, might decrease its capacity to capture the nutrients from the environment. The biochemical results showed that there is a strong synchronization of all stages of nitrogen metabolism (uptake, transport and assimilation) involving different body parts of bromeliads (roots, leaf portions of the base, middle or apex) of both development stages, suggesting that there might have a thin regulation of all physiological and metabolic processes of nitrogen metabolism in the bromeliad\'s tissues. This controlled regulation might be important to the atmospheric or tank bromeliads are able to absorb, allocate and assimilate nitrogen sources quickly and with great efficiency. Finally, the terminology “atmospheric epiphytic bromeliad” might not be appropriated to refer to young plants since their roots showed an important role in the absorption and assimilation of nitrogen sources. This feature is not usually attributed to the roots of atmospheric bromeliads. Then, the new terminology “young epiphytic bromeliad without tank” was suggested to refer the bromeliad V. gigantea in the juvenile phas

Nitrogen assimilation in different leaf portions of a tank epiphytic bromeliad

A folha é o principal órgão de absorção e assimilação de nutrientes dos membros epífitos com tanque da família Bromeliaceae. Pouco se conhece sobre a nutrição dessas bromélias, entretanto algumas evidências (TAKAHASHI, 2007) indicaram a possibilidade de haver uma absorção preferencial do nitrogênio na porção basal e a assimilação desse nutriente na porção apical foliar. Para se compreender melhor os mecanismos de assimilação do nitrogênio utilizados pelas bromélias epífitas com tanque, foi proposto neste trabalho dois principais objetivos: 1) verificar possíveis diferenças quanto à capacidade de assimilação do nitrogênio em diferentes porções foliares de uma bromélia epífita com tanque; 2) constatar possível preferência em assimilar fonte nitrogenada orgânica ou inorgânica, quando ambas estão disponíveis no interior do tanque. A estratégia utilizada para o primeiro objetivo foi cultivar bromélias da espécie Vriesea gigantea, cultivadas em casa de vegetação e registrar em suas folhas as variações temporais das atividades enzimáticas da urease, redutase do nitrato (NR), sintetase da glutamina (GS), desidrogenase do glutamato dependente de NADH (GDH-NADH) e arginase após o fornecimento, no interior do tanque das bromélias, de uma solução nutritiva contendo NO3-/NH4+ (3:2) ou uréia (5mM de N total), como fontes de nitrogênio. Foram analisadas as atividades enzimáticas nas porções apical e basal foliar de Vriesea gigantea nos seguintes tempos: 0, 1, 3, 6, 9, 12, 24, 48, 51, 54, 57, 60 e 73 horas após a rega. Além disso, também foram quantificadas as concentrações do amônio e da uréia endógenos presentes nos tecidos foliares de ambas as porções. Os resultados mostraram que, independente do tratamento, as atividades de GS, GDH e arginase foram mais altas na porção apical em todos os tempos de coleta. Já as atividades da NR e urease, foram crescentes e mais intensas na porção basal, da mesma forma como foi visto para as concentrações endógenas de amônio durante as primeiras 24 horas. As maiores concentrações de uréia endógenas também foram registradas principalmente na porção basal foliar. Esses resultados permitem inferir que a região apical pode estar envolvida, preferencialmente, com a assimilação do nitrogênio, enquanto que a basal, com a sua absorção, redução do nitrato e hidrólise da uréia. Além disso, sugere-se também que ocorra o transporte de amônio da base para a região de sua assimilação em aminoácidos (ápice) através do xilema e apoplasto. Em relação ao segundo objetivo, a estratégia utilizada foi fornecer à bromélia Vriesea gigantea com uma solução nutritiva que continha 5mM de nitrogênio total, disponível na forma inorgânica + orgânica (NH4+/NO3- + uréia nas proporções 1:1 ou 1:3, respectivamente). Como controle foram empregados os seguintes tratamentos: ausência de nitrogênio e presença de somente fontes inorgânicas (5mM de nitrogênio total). As porções apical e basal das folhas foram coletadas 9 horas após o fornecimento das soluções nutritivas e, posteriormente, utilizadas nas análises enzimáticas referentes às atividades da urease, NR, GS, e GDH-NADH. Além disso, foram quantificados em ambas as porções os teores endógenos de amônio, uréia, amido, açúcares totais e clorofila total. Também foram determinados as densidades de tricomas e estômatos nas duas regiões foliares. Verificou-se que as maiores atividades da GS (porção apical) e GDH (porção basal) foram registradas nos dois tratamentos com uréia (1:1 e 1:3) quando comparadas com as dos dois controles. As maiores concentrações de amônio endógeno na porção basal também foram detectadas nos mesmos tratamentos com uréia (1:1 e 1:3). Já a atividade da NR apresentou os maiores valores nos tratamentos de proporção 1:1 e no controle 2 (com somente fontes inorgânicas) na porção basal foliar. De modo interessante, a GS não mostrou o mesmo desempenho nos dois tratamentos (1:1 e controle 2), sendo que, no tratamento de proporção 1:1, a atividade foi o dobro daquela registrada no controle 2. Todos esses resultados analisados em conjunto permitem inferir que a bromélia Vriesea gigantea pode ter preferência por assimilar o nitrogênio proveniente da uréia quando essa fonte se encontra disponível no interior do tanque, mesmo quando também há a presença de formas inorgânicas (nitrato e amônio).The leaf is considered the most important vegetative organ of tank epiphytic bromeliads due to its ability to absorb and assimilate nutrients. Little is known about the nutrition of these bromeliads, but there are evidences that the basal region of the leaf may be preferentially involved with the absorption of nutrients, whereas the apical region may be involved with its assimilation (TAKAHASHI, 2007). In order to better understand the mechanisms utilized by these tank epiphytic bromeliads to optimize the nitrogen acquisition and assimilation, it was proposed in this study two main objectives: 1) verify the existence of a differential capacity to assimilate nitrogen in different leaf portions of a tank epiphytic bromeliad; 2) analyze the nitrogen assimilation preference between inorganic and organic nitrogen sources when both are available in the tank water. The experiments of the first objective were conducted using Vriesea gigantea plants, a typical specie of tank epiphytic bromeliad, cultivated in greenhouse. Nutrient solution containing NO3-/NH4+ (3:2) or urea as nitrogen source (5mM of total N) was supplied into the tank of these plants and the activities of urease, nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS), NADH-dependent glutamate dehydrogenase (GDH-NADH) and arginase were quantified in apical and basal leaf portions after 0, 1, 3, 6, 9, 12, 24, 48, 51, 54, 57, 60 and 73 hours. The ammonium and urea present in the tissues were also analyzed. Independent of the nitrogen source utilized, GS, GDH and arginase activities were higher in the apical portions of leaves in all the period analyzed. On the other hand, the opposite was observed in relation to NR and urease activities. The highest activities were detected in the basal portion of leaves at all harvest times, with increasing values during the first 24 hours of experiment. Interestingly, this same pattern was also observed in relation to the endogenous ammonium and urea: the highest contents were detected in the basal portion of leaves, with a gradual increase of ammonium in the first 24 hours of analysis. These results suggest that the basal portion of leaves was preferentially involved in nitrogen uptake, nitrate reduction and urea hydrolysis, while the apical portion was the main responsible for nitrogen assimilation. Moreover, it was possible to infer that the ammonium may be transported from the base (uptake region) to the apex of the leaves (the main nitrogen assimilation region) through the xylem and apoplast. In order to analyze the nitrogen assimilation preference of Vriesea gigantea, a nutrient solution containing 5mM of nitrogen containing a mixture of inorganic and organic sources (NH4+/NO3- + urea in the proportion 1:1 or 1:3, respectively) were supplied into the tank of the bromeliads. As a control, a nutrient solution containing no nitrogen source (control 1) or 5mM of inorganic nitrogen sources (control 2) were used. The basal and apical leaf tissues were collected after 9 hours and the activities of urease, NR, GS and GDH-NADH were analyzed. Endogenous ammonium, urea, starch, total soluble carbohydrates and total chlorophyll were also quantified. Furthermore, the density of trichomes and stomata were also analyzed on the abaxial leaf surface of both regions. The highest activities of GS (apex) and GDH (base), as well as the endogenous ammonium content (base), were registered in both treatments with urea (1:1 and 1:3) in comparison with both controls. A different pattern was obtained analyzing NR: the highest activities were observed in plants that received nutrient solutions containing only inorganic nitrogen (control 2) or a mixture of inorganic and organic nitrogen in the proportion 1:1. Moreover, an interesting behavior was observed in relation to the GS activity: it was detected the double activity of this enzyme when Vriesea gigantea was in contact with a mixture of inorganic and organic nitrogen (1:1) in comparison to the plants in the presence of only inorganic nitrogen sources. All results suggest that Vriesea gigantea may have preference to assimilate organic nitrogen source (urea), when the inorganic nitrogen sources (ammonium and nitrate) are also available in the tank water

Nitrogen Metabolism in leaves of a tank epiphytic bromeliad: Characterization of a spatial and functional division

The leaf is considered the most important vegetative organ of tank epiphytic bromeliads due to its ability to absorb and assimilate nutrients. However, little is known about the physiological characteristics of nutrient uptake and assimilation. In order to better understand the mechanisms utilized by some tank epiphytic bromeliads to optimize the nitrogen acquisition and assimilation, a study was proposed to verify the existence of a differential capacity to assimilate nitrogen in different leaf portions. The experiments were conducted using young plants of Vriesea gigantea. A nutrient solution containing NO(3)(-)/NH(4)(+) or urea as the sole nitrogen source was supplied to the tank of these plants and the activities of urease, nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS) and glutamate dehydrogenase (NADH-GDH) were quantified in apical and basal leaf portions after 1, 3, 6, 9, 12, 24 and 48 h. The endogenous ammonium and urea contents were also analyzed. Independent of the nitrogen sources utilized, NR and urease activities were higher in the basal portions of leaves in all the period analyzed. On the contrary. GS and GDH activities were higher in apical part. It was also observed that the endogenous ammonium and urea had the highest contents detected in the basal region. These results suggest that the basal portion was preferentially involved in nitrate reduction and urea hydrolysis, while the apical region could be the main area responsible for ammonium assimilation through the action of GS and GDH activities. Moreover, it was possible to infer that ammonium may be transported from the base, to the apex of the leaves. In conclusion, it was suggested that a spatial and functional division in nitrogen absorption and NH(4)(+) assimilation between basal and apical leaf areas exists, ensuring that the majority of nitrogen available inside the tank is quickly used by bromeliad`s leaves. (C) 2011 Elsevier GmbH. All rights reserved.Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)[05/58945-4]Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq)[305419/07-2]Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Specific leaf areas of the tank bromeliad Guzmania monostachia perform distinct functions in response to water shortage

Leaves comprise most of the vegetative body of tank bromeliads and are usually subjected to strong longitudinal gradients. For instance, while the leaf base is in contact with the water accumulated in the tank, the more light-exposed middle and upper leaf sections have no direct access to this water reservoir. Therefore, the present study attempted to investigate whether different leaf portions of Guzmania monostachia, a tank-forming C(3)-CAM bromeliad, play distinct physiological roles in response to water shortage, which is a major abiotic constraint in the epiphytic habitat. Internal and external morphological features, relative water content, pigment composition and the degree of CAM expression were evaluated in basal, middle and apical leaf portions in order to allow the establishment of correlations between the structure and the functional importance of each leaf region. Results indicated that besides marked structural differences, a high level of functional specialization is also present along the leaves of this bromeliad. When the tank water was depleted, the abundant hydrenchyma of basal leaf portions was the main reservoir for maintaining a stable water status in the photosynthetic tissues of the apical region. In contrast, the CAM pathway was intensified specifically in the upper leaf section, which is in agreement with the presence of features more suitable for the occurrence of photosynthesis at this portion. Gas exchange data indicated that internal recycling of respiratory CO(2) accounted for virtually all nighttime acid accumulation, characterizing a typical CAM-idling pathway in the drought-exposed plants. Altogether, these data reveal a remarkable physiological complexity along the leaves of G. monostachia, which might be a key adaptation to the intermittent water supply of the epiphytic niche. (C) 2009 Elsevier GmbH. All rights reserved