Doutoramento em BiologiaOs habitats salinos são caracterizados pela presença de
quantidades de sais solúveis que são prejudiciais ao
desenvolvimento da maioria das plantas. Cerca de 7% da superfície
total de terra contém solos afectados pela salinidade.
A tolerância salina das plantas baseia-se na manutenção de
baixas concentrações citoplasmáticas, uma vez que o seu
metabolismo é afectado pela presença de iões de Na+ e Cl- em
excesso. Os mecanismos que as plantas utilizam para manterem as
concentrações iónicas baixas no citoplasma são diversos.
Existe consenso sobre quais as características fisiológicas a
abordar para a obtenção de maior tolerância salina, o transporte
iónico e a sua compartimentação, a síntese de solutos compatíveis, a
protecção dos efeitos nocivos induzidos por condições oxidativas e
os processos metabólicos considerados mais sensíveis, são
frequentemente referidos
A maioria das leguminosas é bastante sensível ao sal,
tendência que aumenta se estiverem dependentes da fixação
simbiótica de azoto atmosférico. É , geralmente, aceite que o
estabelecimento e a fixação de N2 são os processos mais afectados
pela salinidade.
A maioria das tentativas de aumentar a tolerância salina em
leguminosas não resultaram em variedades com uma tolerância
salina demarcada, talvez porque os mecanismos subjacentes à
tolerância salina ainda não estejam completamente compreendidos.
A idealização deste trabalho teve como principais
preocupações a constatação da existência de variabilidade
genotípica na tolerância à salinidade em Pisum sativum e a avaliação
da vulnerabilidade salina da simbiose (capítulo II); a obtenção e a
selecção de genótipos de Rhizobium que sejam capazes de
estabelecer uma simbiose efectiva sob condições salinas (capítulo
III); a percepção da influência da nutrição azotada na tolerância
salina de Pisum sativum ao longo do seu desenvolvimento, bem
como a identificação dos mecanismos subjacentes a essa tolerância
(capítulo IV); e a análise dos efeitos da salinidade e da nutrição
azotada na composição proteica da semente (capítulo V).
A avaliação da tolerância salina de quatro cultivares de
Pisum sativum (‘Resal’, ‘Tristar’, ‘Combi’ e ‘Rauel’) evidenciou
diferenças entre elas. ‘Resal’ aparece como a cultivar mais indicada
para o cultivo sob condições salinas. A presença de 90 mM NaCl não
afectou significativamente o seu crescimento vegetativo. No entanto,
90 mM NaCl provocou uma redução elevada no número de nódulos.
Com o int uito de aumentar a obtenção de azoto
simbioticamente fixado sob condições salinas, procedeu-se ao
isolamento e à selecção de Rhizobium em diversos locais. Os isolados de S. Bernardo, Costa Nova e Vagos evidenciaram
sensibilidade salina, uma vez que o crescimento in vitro a 100 mM
NaCl provocou inibições de crescimento superiores a 70 %. Apenas
os isolados provenientes de um local que durante parte do ano está
sujeito a “stress” hídrico (Elvas) evidenciaram tolerância ao sal. Em
alguns isolados de Elvas, o crescimento diminui menos de 30% em
meio suplementado com 700 mM NaCl em comparação com o
controlo,. A avaliação da eficiência de simbiose entre alguns isolados
ou estirpes de Rhizobium e Pisum sativum abriu boas perspectivas
para o estabelecimento de uma simbiose efectiva sob condições de
salinidade moderada, devido à obtenção de três isolados que,
simultaneamente, toleraram salinidades de 400 mM e propiciaram o
maior crescimento da parte aérea.
A forma de azoto disponibilizada influenciou o crescimento e
a tolerância salina de Pisum sativum. A produtividade foi o parâmetro
que melhor evidenciou essa influência. As plantas dependentes do
nitrato foram as que demonstraram menor diminuição da
produtividade. As diferenças de tolerância observadas só conseguem
ser explicadas pela existência simultânea de mais do que um
mecanismo, cujas intensidades parecem variar ao longo do tempo. À
osmoregulação, conseguida parcialmente pela acumulação de Na+,
Cl- e K+, associa-se a exclusão de Na+ da parte aérea.
Embora a síntese proteica seja reconhecida como uma
actividade celular sensível ao sódio, com excepção das plantas
dependentes da fixação simbiótica de N2, a salinidade provocou o
aumento do conteúdo proteico nas sementes. Facto que não será
alheio à manutenção de baixas concentrações de Na + e Cl- neste
órgão. Os perfis dos polipeptídicos mais abundantes não foram muito
influenciados pelas condições de crescimento impostas. Contudo, a
salinidade induziu o aparecimento de novos polipeptídeos que
poderão conferir a este órgão maior tolerância ao aumento de níveis
de Na+ e Cl- detectados nas plantas a crescer sob 90 mM NaCl.
Em conclusão, este trabalho facultou o melhor conhecimento
das respostas de Pisum sativum à salinidade, bem como de alguns
factores que condicionam estas respostas. Os resultados permitem
afirmar que, sob condições controladas, é possível o cultivo de
Pisum sativum ‘Resal’ sob salinidade moderada (90 mM) sem grande
diminuição de produtividade, desde que às plantas sejam fornecidos
níveis adequados de azoto na forma de nitrato.
Todavia, este trabalho também suscitou algumas questões:
será que o estudo da tolerância salina de outras cultivares de Pisum
sativum poderá dilatar o intervalo de tolerância da espécie? Será que
a selecção de novos isolados de Rhizobium poderá permitir o
aumento da eficiência de nodulação em Pisum sativum ? Quais os
solutos orgânicos que as células de Pisum sativum acumulam de
modo a ajustarem osmoticamente o citoplasma? Qual o gradiente de
concentração de sódio e cloro através do tonoplasto em cada um dos
órgãos da planta? Qual a resposta das plantas, sob stress salino a
uma nutrição mista de azoto diatómico fixado simbioticamente e de
menores níveis de nitrato?Saline habitats are those containing soluble salts
concentrations that impair glicophytes growth. Nearly 10% of the total
land surface is covered with different types of salt affected soils.
Plants maintain low cytoplasmic sodium ion concentrations as
a mean to achieve salt tolerance, once the excess of Na+ and Cl- ions
affect their metabolism. Plants usually, rely on different mechanisms
to maintain low cytoplasmic ion concentrations.
There as been reasonable consensus on which physiological
characteristics must be improved, to achieve salt tolerance. The
attention is focused on ion transport and compartimentation,
synthesis of compatible solutes, protection against deleterious
oxidative effects, and metabolic processes that are salt sensitive.
Most of legume plants are quite sensitive to salt, and this
sensitivity is even grater when relying on dinitrogen fixation. Usually,
nodule establishment and N2 fixation are considered the most salt
sensitive phase in the symbiotic process.
Most of reported attempts to enhance legume salt tolerance
didn’t result in salt tolerant varieties, probably because the
mechanisms that afford salt tolerance are difficult to understand.
The main purposes of the present work are: the existence of
genotipic difference among Pisum sativum and simbyosis salt
sensitivity evaluation (chapter II); Rhizobium isolation and screening
for N2 fixation efficiency under saline conditions (chapter III); nitrogen
nutrition influence on Pisum sativum growth under salt stress and the
mechanisms on which they rely to achieve salt tolerance (chapter IV);
and salinity and nitrogen nutrition effects on seed protein composition
(chapter V).
The salt tolerance evaluation of four Pisum sativum cultivars
resulted in significant differences among them. ‘Resal’ showed the
highest tolerance with no significant vegetative growth reduction up to
90 mM NaCl in the soil.
Rhizobium isolation and screening in different Portuguese
locations was performed with the purpose to improve N2 fixation
under salt conditions. Costa Nova, S. Bernardo and Vagos isolates
showed saline sensitivity, since in vitro growth at 100 mM NaCl was
reduced more than 70%. Only Rhizobium isolates from a water
stressed site (Elvas), showed salt tolerance, growing under 700 mM
NaCl. The symbiosis evaluation between Pisum sativum and
Rhizobium isolates showed the possibility of an effective symbiosis
under salt conditions.
The molecular nitrogen form made available to plants
influenced Pisum sativum growth and salt tolerance, and especially
productivity. Nitrate dependent plants productivity was less affected
by salinity. The observed salt tolerance differences can only be explained by more than one mechanism acting together, whose
intensities changed during plant growth. The osmotic regulation was
achieved, at least partially, by Na+, K+ and Cl- accumulation, and by
Na+ shoot exclusion.
Although, protein synthesis is generally considered a salt
sensitive process, salinity caused increased protein seed content,
exception being made by N2 fixation dependent plants. The
maintenance of low seed Na+ and Cl- concentrations would account,
to some extent, to this result. Protein SDS -PAGE separation revealed
that growth conditions didn’t affect considerably seed polypeptides.
Nevertheless, salinity induced new polypeptides which may, some
how, improve seed salt tolerance.
This work made possible a better knowledge of Pisum sativum
responses to salinity and of factors that influenced those responses.
Under mild salt conditions (90 mM NaCl) Pisum sativum ‘Resal’ can
be grown without significant productivity reductions if, supplied with
nitrate.
But this work also raised some questions: the saline tolerance
evaluation of other Pisum sativum cultivars could expand the species
saline tolerance? Rhizobium isolation and screening in other sites
could increase nodulation and N2 fixation efficiency under salinity?
Which compatible solutes does Pisum sativum accumulate in the
cytoplasm? Which is the Na+ and Cl- gradient concentration through
tonoplast in each plant organ? How does plant respond to a mixed
nitrate and N2 fixation nitrogen nutrition