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Physiological and biochemical mechanisms related with the nitrogen use efficiency in tobacco genotypes
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Universidade Federal de Lavras
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Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Conhecer a eficiência de uso do nitrogênio (EUN) do tabaco é crucial para minimizar a poluição ambiental, embora a EUN raramente seja conhecida para vários genótipos desta cultura. No primeiro experimento, por meio do crescimento de diferentes genótipos em soluções nutritivas contrastantes quanto à disponibilidade de nitrogênio (N), os objetivos foram caracterizar cinco componentes da EUN de 28 genótipos e classificá-los de acordo com sua eficiência e responsividade à disponibilidade de N. Em média, a eficiência fisiológica de uso do N (razão entre massa seca e concentração de N da planta), o índice de colheita de N (razão entre o acúmulo de N nas folhas pelo acúmulo de N na planta) e a eficiência de absorção de N (razão entre acúmulo de N na planta pela massa seca de raízes) diminuíram em 16%, 4% e 57%, respectivamente, sob condições de deficiência de N, enquanto a eficiência de utilização de N (razão entre massa seca e acúmulo de N da planta) diminuiu em 43% com o fornecimento de N adequado. A eficiência relativa de uso do N (razão entre massa seca produzida sob deficiência e nível adequado de N) variou de 35% a 59% entre os genótipos. Todos os genótipos dos grupos varietais Virginia e Maryland foram eficientes e os dos grupos Burley, Comum e Dark foram ineficientes. A responsividade variou entre os genótipos dentro dos grupos varietais, exceto para os genótipos Maryland, que foram não responsivos. No segundo experimento, foram estudados quatro genótipos eficientes e responsivos (ER) e quatro não eficientes e não responsivos (NENR) selecionados do primeiro experimento. O objetivo foi avaliar as respostas em trocas gasosas e das enzimas do metabolismo do N de genótipos de tabaco sob diferentes disponibilidades de N. A análise de componentes principais (PCA) revelou que a concentração de CO2 intercelular (Ci), teores de flavonoides, de antocianinas e atividade da glutamina sintase (GS) foram parâmetros relacionados à deficiência de N, enquanto a taxa fotossintética líquida (Pn), atividades da nitrato redutase (NR), glutamato sintase (GOGAT), glutamato desidrogenase (GDH), massa seca total (DM), acúmulo de N total (NA), eficiência instantânea de carboxilação (k), conteúdo de clorofila total, balanço de N (razão entre os teores de clorofila e flavonoides), eficiência no uso da água (WUE), transpiração (E) e condutância estomática (gs) foram associados ao fornecimento adequado de N. De modo geral, os genótipos ER apresentaram menor teor de antocianinas, maior teor de clorofila e flavonoides, maiores k, eficiência fotossintética de uso do N(PNUE), atividades da NR, GDH e da GOGAT em comparação com os genótipos NENR. Sob deficiência de N, os genótipos ER revelaram geralmente maior conteúdo de flavonoides, PNUE, atividades da NR e GDH quando comparados aos genótipos NENR nesta mesma condição. A maior DM e NA dos genótipos ER se deve ao maior pareamento de diversos parâmetros dos metabolismos de carbono (C) e N aqui investigados. As descobertas aqui relatadas são úteis na indicação de genótipos com eficiência e responsividade distintas ao fornecimento de N, que podem ser escolhidos de acordo com o nível de N no solo ou da disponibilidade de fertilizantes nitrogenados em lavouras de tabaco de todo o mundo. De forma geral, os dados obtidos nesta tese podem levar a um uso mais sustentável do nitrogênio e podem apoiar programas de melhoramento de tabaco para a EUN.
Abstract
Knowing the nitrogen use efficiency (NUE) of tobacco is crucial to minimize environmental pollution, although NUE is rarely known for numerous genotypes for this crop. In the first experiment, through the growth of different genotypes in nutritive solutions contrasted in nitrogen (N) availability, the aims were to characterize five components of the NUE of 28 genotypes and to classify them according to their efficiency and responsiveness to N availability. On average, the physiological N use efficiency (ratio between dry mass and N concentration of the plant), N harvest index (ratio between leaves N accumulation by plant N accumulation), and N uptake efficiency (ratio between plant N accumulation by root dry mass) decreased by 16%, 4%, and 57%, respectively, under N-deficient conditions, while N utilization efficiency (ratio between dry mass and plant N accumulation) decreased by 43% at adequate N supply. The relative efficiency of N use (ratio between dry mass produced under deficiency and adequate N supply) varied from 35% to 59% among genotypes. All genotypes of the Virginia and Maryland varietal groups were efficient, and those of the Burley, Comum, and Dark groups were inefficient. The responsiveness varied among genotypes within the varietal groups, except for Maryland genotypes, being non-responsive. In the second experiment, we studied four efficient and responsive (ER) genotypes and four non-efficient and non-responsive (NENR) genotypes selected of the first experiment. The aim was to evaluate the responses in gas exchanges and of the N metabolism enzymes of tobacco genotypes under different N availabilities. Principal component analysis (PCA) revealed that the intercellular CO2 concentration (Ci), flavonoids contents and anthocyanins and glutamine synthase (GS) activity were parameters related to N deficiency, whereas net photosynthetic rate (Pn), activities of nitrate reductase (NR), glutamate synthase (GOGAT) and glutamate dehydrogenase (GDH), total dry mass (DM), total N accumulation (NA), instantaneous carboxylation efficiency (k), total chlorophyll, N balance (ratio between the chlorophyll and flavonoids contents), water use-efficiency (WUE), transpiration (E) and stomatal conductance (gs) were associated with adequate N supply. Generally, genotypes ER showed lower anthocyanins content, higher chlorophyll and flavonoids content, higher k, photosynthetic N use efficiency (PNUE), NR, GDH and GOGAT activities compared to genotypes NENR. Under N deficiency, ER genotypes revealed generally higher flavonoids content, PNUE, NR and GDH activities when compared to genotypes NENR under this same condition. The greater total DM and total NA of the genotypes ER is due to the greater pairing of diverse parameters of both C and N metabolisms here investigated. The findings reported here are useful in indicating genotypes with different efficiency and responsiveness to the N supply, which can be chosen according to the level of N in the soil or the availability of nitrogen fertilizers in tobacco crops worldwide. In general, the data obtained in this thesis can lead to a more sustainable use of nitrogen and can support tobacco breeding programs for NUE.
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Citação
ANDRADE, A. B. Physiological and biochemical mechanisms related with the nitrogen use efficiency in tobacco genotypes. 2021. 72 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.