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Changes in aerenchyma, leaf intercellular spaces, growth, photosynthesis, anatomy and nutrient uptake in maize and sorghum caused by drought

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Universidade Federal de Lavras

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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

Sociais
Tecnológico
Econômicos
Outros

Áreas Temáticas da Extenção

Meio ambiente
Tecnologia e produção
Trabalho

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 3: Saúde e bem-estar
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 13: Ação contra a mudança global do clima
ODS 15: Vida terrestre

Dados abertos

Resumo

O déficit hídrico provoca alterações nos processos vitais das plantas como a transpiração e a fotossíntese. Isso está associado com mudanças climáticas intensas, o que favorece a ocorrência de seca. Além disso, os principais efeitos relacionam-se com a perda de massa seca reduzindo o crescimento e a produção das plantas. O desafio atual é explorar diferentes maneiras de abordar os mecanismos de tolerância ao déficit hídrico em plantas como o milho e o sorgo, pois essas plantas são consideradas sensível e tolerante à seca, respectivamente. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da restrição hídrica na morfofisiologia e anatomia ao longo do eixo foliar e desenvolvimento radicular de plantas de milho e sorgo associado ao crescimento, espaços intercelulares e trocas gasosas. As plantas foram obtidas a partir de sementes e os experimentos foram conduzidos em casa de vegetação a 25±2 °C. As plantas de milho e sorgo foram submetidas à restrição hídrica. Foram realizadas análises de crescimento, trocas gasosas e análise quantitativa anatômica das folhas e raízes. Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Scott-Knott com P<0,05. A falta de água foi um fator limitante para o milho, pois apresentou redução na área foliar, espessura foliar, biomassa, eficiência no uso da água, diâmetro do vaso do xilema, área da bainha do feixe e nas trocas gasosas, enquanto o sorgo permaneceu sem alteração, exceto para a eficiência do uso da água, diâmetro do xilema e a bainha do feixe que aumentou nas mesmas condições. Essas respostas foram correlacionadas com o crescimento dos espaços intercelulares nas folhas de sorgo. Além disso, a região média da folha de sorgo apresentou parâmetros mais altos em comparação com outras regiões, sendo que a base da folha de sorgo aumentou o ΦPSII, Fv/Fm e ETR. O sorgo apresentou manutenção estomática em comparação ao milho. Nas raízes, a zona pilífera apresentou maiores modificações em comparação à zona de maturação sob restrição hídrica. Dessa forma, o sorgo apresentou maior alongamento radicular, o que contribuiu para o aumento no aerênquima. Apesar disso, não houve efeitos na absorção de água e nutrientes, ao contrário das plantas de milho. Essas características contribuíram para a tolerância do sorgo à seca, enquanto o milho não conseguiu fazer os mesmos ajustes. Portanto, a seca foi prejudicial ao milho, porque reduziu a maioria dos parâmetros avaliados e isso não permitiu que o milho ajustasse os espaços intercelulares dentro da folha e nas raízes, sendo que estes parecem ser importantes para a tolerância à seca do sorgo. Ressalta-se que a maioria das características fisiológicas avaliadas possui variação ao longo do

Abstract

Water loss causes changes in vital plant processes, such as transpiration and photosynthesis, and is associated with severe climate change, which increases the occurrence of drought. In addition, the main effects are related to the loss of dry mass, reducing plant growth and production. The current challenge is to explore different mechanisms of drought tolerance in plants such as maize and sorghum, which are considered drought-sensitive and drought- tolerant, respectively. This study aimed to evaluate the effects of water restriction on the morphophysiology, anatomy along the leaf axis, and root development of maize and sorghum in relation to growth and gas exchange. Plants were grown from seeds, and experiments were conducted in a greenhouse at 25 ± 2 °C. Maize and sorghum plants were subjected to water restriction, and growth, gas exchange, and quantitative anatomical analyses of leaves and roots were performed. Data were subjected to analysis of variance, and means were compared using the Scott-Knott test (P < 0.05). Water deficit was a limiting factor for maize, leading to reductions in leaf area, leaf thickness, biomass, water use efficiency, xylem vessel diameter, bundle sheath area, and gas exchange, whereas sorghum remained largely unaffected, except for water use efficiency, xylem diameter, and bundle sheath area, which increased under the same conditions. These responses were associated with an increase in intercellular spaces in sorghum leaves. Additionally, the middle region of the sorghum leaf exhibited higher physiological parameters compared to other regions, and the leaf base showed increased ΦPSII, Fv/Fm, and ETR. Sorghum maintained stomatal function compared to maize. In the roots, the piliferous zone exhibited more pronounced changes than the maturation zone under water restriction. Sorghum showed greater root elongation, contributing to an increase in aerenchyma formation. Despite this, there were no significant effects on water and nutrient absorption in sorghum, unlike in maize. These traits contributed to sorghum's drought tolerance, whereas maize failed to make similar adjustments. Overall, drought had a detrimental effect on maize, as it reduced most evaluated parameters and hindered the adjustment of intercellular spaces within leaves and roots, which appears to be crucial for drought tolerance in sorghum. Furthermore, most physiological traits varied along the leaf axis in both species, with the median leaf region exhibiting the highest functionality.

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Arquivo retido, a pedido do autor, até maio de 2026.

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OLIVEIRA, Jean Paulo Vitor de. Changes in aerenchyma, leaf intercellular spaces, growth, photosynthesis, anatomy and nutrient uptake in maize and sorghum caused by drought. 97 p. (Doutorado em Botânica Aplicada) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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