dissertação
Leaf anatomy and gas exchange in maize and sorghum as related to reduced water availability
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Biologia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Botânica Aplicada
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
As mudanças climáticas estão alterando os climas locais e favorecendo a ocorrência de secas em vários ambientes. O milho é frequentemente reconhecido como sensível à seca enquanto que o sorgo é uma espécie considerada tolerante à seca. Esses comportamentos podem estar relacionados com suas características anatômicas e fisiológicas. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do déficit hídrico na anatomia e nas trocas gasosas foliares relacionadas ao crescimento que atribuem características específicas de tolerância à seca em plantas de sorgo e milho. As plantas foram obtidas a partir de sementes e os experimentos foram conduzidos em casa de vegetação a 25±2 °C. As plantas foram submetidas a três condições de água: capacidade de campo (CC), 75% CC e 50% CC e dez repetições por 60 dias. Foram realizadas análises de crescimento, trocas gasosas e análise quantitativa anatômica. Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Scott-Knott com P<0,05. As plantas de sorgo não apresentaram modificações no crescimento ou no conteúdo de água em níveis mais baixos de água, mas foi observado aumento da concentração de carbono intercelular. Além disso, o sorgo apresentou aumento da área do mesofilo e maior proporção de câmaras subestomáticas em níveis de água mais baixos. A limitação de água mudou a anatomia foliar do sorgo incluindo as características estomáticas. O aumento das câmaras subestomáticas no sorgo proporcionou condições para maior absorção de CO2 bem como a manutenção do crescimento e do conteúdo de água, visto que o aumento das câmaras subestomáticas pode estar relacionado com a tolerância à seca nesta espécie. Para as plantas de milho, a limitação de água causou redução significativa no crescimento, pois a massa seca e outros parâmetros biométricos foram prejudicados. A limitação hídrica reduziu o número de folhas, a largura foliar, a espessura foliar, a área foliar e a área de mesofilo das plantas de milho. Não foram encontradas modificações nas trocas gasosas por unidade de área, mas esses parâmetros foram reduzidos na planta inteira. As plantas de milho mostraram menor retenção de água e aumento da transpiração em condições de limitação hídrica. As modificações anatômicas da folha do milho em condições de limitação hídrica indicam a sua incapacidade de ajustar a anatomia para aumentar a tolerância à seca, mas as plantas foram capazes de sobreviver mesmo com uma limitação de crescimento. Portanto, os espaços intercelulares foliares parecem ser importantes para a tolerância à seca do sorgo, uma vez que essas plantas mostraram a capacidade de alterar esses parâmetros, principalmente o tamanho das câmaras subestomáticas, enquanto que o milho, sensível à seca, não foi capaz de promover mudanças significativas em sua anatomia foliar para melhorar as respostas de tolerância à seca.
Abstract
Climate changes are changing local climates and favoring drought events on several environments. Maize is often recognized as drought-sensitive while sorghum is a recognized drought-tolerant species and these behaviors may be related to anatomical and physiological traits. Thus, the objective of this study was to evaluate the effect of water deficit in the leaf anatomy and gas exchanges as related to growth that attribute specific drought-tolerance traits in sorghum and maize. Plants were obtained from seeds and experiments were conducted in a greenhouse at 25±2°C, in which plants were subjected to three water conditions: field capacity (FC), 75% FC and 50% FC and ten replicates for 60 days. Growth, gas exchange, and anatomical analysis were performed. Data were subjected to analysis of variance and means compared by the Scott-Knott test at P<0.05. Sorghum plants showed no growth or water content limitation under lower water levels but increased intercellular CO2 content was observed. In addition, sorghum showed higher mesophyll area and increased proportion of stomatal cavities under lower water levels. Water limitation rather changed leaf anatomy, including stomatal traits in sorghum plants. Increased stomatal cavities in sorghum grown under water limitation provided conditions for CO2 uptake and the maintenance of growth and water content as increased stomatal chambers may be related to drought-tolerance in this species. Maize plants maize showed significant growth reduction under water limitation as the dry mass and other biometrical parameter were harmed. Water limitation reduced the number leaves, leaf width, leaf thickness, leaf area and mesophyll area of maize plants. No modifications were found in the gas exchange per unit area but these parameters were reduced in the whole plant level. Maize plants showed lower water retention and increased transpiration under water-limited conditions. Maize leaf anatomical modifications under water limitation indicate its incapacity to adjust anatomy to enhance drought-tolerance but were still able to survive under a high growth limitation. Therefore, the leaf intercellular spaces seems to be important for sorghum drought tolerance since these plants showed capacity to change these parameters, particularly the stomatal cavities size, while the drought sensitive maize were unable to promote significant changes in its leaf anatomy to improve drought-tolerance responses.
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OLIVEIRA, J. P. V. de. Leaf anatomy and gas exchange in maize and sorghum as related to reduced water availability. 2021. 85 p. Dissertação (Mestrado em Botânica Aplicada) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.