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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
Programa de Pós-Graduação em Agronomia
Tese
Resposta de genótipos de arroz (Oryza sativa L.) ao
estresse por ácidos orgânicos sob condições de
ambiente controlado
Mauricio Marini Kopp
Pelotas, 2008
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Mauricio Marini Kopp
Engenheiro Agrônomo (UFPel)
Resposta de genótipos de arroz (Oryza sativa L.) ao
estresse por ácidos orgânicos sob condições de ambiente
controlado
Orientador: Antonio Costa de Oliveira, Ph.D. – FAEM/UFPel
Co-orientador: Rogério Oliveira de Sousa, Dr. – FAEM/UFPel
Pelotas, 2008
Tese apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Agronomia da Universidade
Federal de Pelotas, como requisito parcial à
obtenção do título de Doutor em Ciências (área
do conhecimento: Fitomelhoramento).
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Dados de catalogação na fonte:
( Marlene Cravo Castillo – CRB-10/744 )
K83r Kopp, Mauricio Marini
Resposta de genótipos de arroz (Oryza sativa L.)ao estresse
por ácidos orgânicos sob condições de ambiente controlado /
Mauricio Marini Kopp. - Pelotas, 2008.
118f. : il.
Tese (Doutorado em Fitomelhoramento) – Programa de
Pós-Graduação em Agronomia. Faculdade de Agronomia Eliseu
Maciel. Universidade Federal de Pelotas. - Pelotas, 2008,
Antonio Costa de Oliveira , Orientador; co-orientador Rogério
Oliveira de Sousa.
1. Estresse abiótico 2. Oryza sativa 3. Fitotoxidez
4. Metodologia 5. Variabilidade genética 6. Recursos genéticos
I Oliveira, Antonio Costa de (orientador) II. Sousa, Rogério
Oliveira de (co-orientador) III. Título.
CDD 633.18
iii
iii
Banca Examinadora:
Professor, Ph.D. Antonio Costa de Oliveira – UFPel – (Presidente)
Pesquisador, Dr. Ariano Martins de Magalhães Jr. – Embrapa Clima Temperado
Professor, Ph.D. José Fernandes Barbosa Neto – UFRGS
Pesquisador, Dr. Velci Queiroz de Souza – UFPel
Pesquisador, Dr. Enrique Moliterno – UFPel
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iv
A DEUS;
A meus pais Breno Kopp e Maria Elisabeth Marini Kopp;
Dedico
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Agradecimentos
Agradeço a Deus por estar sempre presente.
Ao Professor Antonio Costa de Oliveira pela oportunidade, confiança e
contribuição decisiva na minha formação, como orientador e amigo.
Aos Professores Fernando Irajá Félix de Carvalho e Rogério Oliveira de
Sousa pela orientação, amizade, oportunidade e ensinamentos transmitidos.
Ao Programa de Pós-graduação em Agronomia da Faculdade de Agronomia
‘Eliseu Maciel’ da Universidade Federal de Pelotas – FAEM-UFPel, pela
oportunidade de realização do curso.
Aos meus irmãos Luciana, Fernando e Viviane, pelo apoio e incentivo.
A todos os colegas do Centro de Genômica e Fitomelhoramento pela
amizade e troca de experiências.
Aos funcionários de Centro de Genômica e Fitomelhoramento pelo auxílio
técnico.
Aos grandes amigos Gaspar Malone, Luciano Carlos da Maia e Velci
Queiroz de Souza pelos momentos de descontração e auxilio nos experimentos.
A todos que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.
A Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
Superior – CAPES, pela concessão da bolsa de estudos e suporte financeiro.
A FAPERGS, CAPES, CNPq e FAO / IAEA, pelo suporte financeiro.
vi
vi
Resumo
KOPP, Mauricio Marini. Resposta de genótipos de arroz (Oryza sativa L.) ao
estresse por ácidos orgânicos sob condições de ambiente controlado. 2008.
118f. Tese (Doutorado) – Programa de Pós-Graduação em Agronomia. Universidade
Federal de Pelotas, Pelotas.
Os solos do tipo hidromórfico apresentam como característica principal uma reduzida
capacidade de drenagem natural, sendo utilizados principalmente para cultivo de
arroz irrigado. Assim, a ocorrência de condições anaeróbias associada com a
presença de matéria orgânica favorece o desenvolvimento de microrganismos
anaeróbios que causam a fermentação desta matéria orgânica produzindo
substâncias fitotóxicas representadas principalmente pelos ácidos orgânicos
alifáticos de cadeia curta. A seleção de constituições genéticas de arroz promissoras
e adaptadas para utilização nestas situações requer avaliações de difícil execução a
campo, sendo simplificada com a utilização de sistemas hidropônicos. A pesquisa foi
composta de quatro trabalhos que tiveram como objetivo principal estabelecer uma
metodologia adequada para estudos com ácidos orgânicos em arroz mediante
cultivo hidropônico. O primeiro trabalho determinou a faixa de concentrações e
variáveis resposta mais indicadas para avaliações de genótipos de arroz em
hidroponia. Foram estudados os efeitos de seis concentrações dos três principais
ácidos formados no solo: ácido acético (0; 4; 8; 12; 16 e 20 mM), ácido propiônico (0;
3; 6; 9; 12; e 15 mM) e ácido butírico (0; 2; 4; 6; 8 e 10 mM) em dois genótipos de
elevada divergência (BRS 7-TAIM e SAIBAN). Os resultados indicam que as faixas
de concentração mais adequadas para estudos de tolerância de arroz a ácidos
orgânicos estão entre 15,8 e 8,4; 9,1 e 4,2 e 7,7 e 3,7 mM para os ácidos acético,
propiônico e butírico respectivamente, e a variável mais responsiva foi comprimento
de raízes. O segundo experimento teve como objetivo determinar, em hidroponia, a
influência do nível de pH utilizado na solução hidropônica na fitotoxidade causada
pelos ácidos acético, propiônico e butírico em arroz, bem como o desempenho de
algumas variáveis atualmente utilizadas em estudos de tolerância a estresses
abióticos em sistemas hidropônicos. Neste experimento, foram avaliados três ácidos
(acético, propiônico e butírico) e quatro níveis de pH (4,0; 5,0; 6,0 e 7,0). Os
resultados permitem concluir que níveis reduzidos de pH aumentam a fitotoxidez de
todos os ácidos. Os comprimentos de raízes e parte aérea têm comportamento
independente do ácido utilizado, ao contrário do número de raízes e matérias secas
de raízes e parte aérea. O comprimento de raízes foi a variável mais afetada pelo
efeito das doses. O terceiro trabalho teve como objetivo avaliar a resposta de 25
genótipos de arroz à ação fitotóxica dos ácidos acético, propiônico e butírico
individualmente. Neste trabalho foram utilizadas quatro doses para cada ácido: 0
vii
vii
(testemunha); 4; 8 e 12 mM para ácido acético; 0; 3; 6 e 9 mM para ácido propiônico
e 0; 2; 4 e 6 mM para ácido butírico As variáveis mensuradas foram comprimento de
raízes (CR) e parte aérea (CPA), número de raízes (NR) e matéria seca de raízes
(MSR) e parte aérea (MSPA). O desempenho relativo da variável CR foi o mais
afetado pelos ácidos e as regressões estabelecidas para essa variável revelaram
genótipos tolerantes e sensíveis aos ácidos orgânicos, com seis; seis e nove
genótipos tolerântes para os ácidos acético, propiônico e butírico, respectivamente.
Foi constatado ainda maior número de tolerantes no grupo japonica do que no
indica. O quarto experimento teve como objetivo avaliar a resposta de 20 genótipos
de arroz a ação fitotóxica interativa dos ácidos acético, propiônico e butírico. Neste
trabalho foram utilizados quatro doses, 0 (testemunha); 3; 6 e 9 mM, que foram
constituídos da mistura dos três ácidos (acético, propiônico e butírico) na relação
6:3:1. As variáveis mensuradas foram comprimento de raízes (CR) e parte aérea
(CPA), número de raízes (NR) e matéria seca de raízes (MSR) e parte aérea
(MSPA), teor de fósforo (P) e de potássio (K). Os resultados demonstraram
diferenças significativas entre os genótipos avaliados nos caracteres CR, CPA, P e
K. Quatro genótipos foram classificados como tolerantes. A variável CR associada a
CPA, P e K são indicadas para seleção de genótipos tolerantes. Os resultados
obtidos pelos trabalhos permitiram estabelecer uma metodologia adequada para
utilização em seleção de genótipos de arroz mediante sistemas de hidroponia sob
estresse por ácidos orgânicos (acético, propiônico e butírico) bem como selecionar
genótipos promissores quanto a resposta à este estresse.
Palavras-chave: Estresse abiótico, Oryza sativa, Metodologia, Variabilidade
genética.
viii
viii
Abstract
KOPP, MAURICIO MARINI. Organic acid related stress responses in rice (Oryza
sativa L.) genotypes under ambient controlled conditions. 2008. 118f. Tese
(Doutorado) – Programa de Pós-Graduação em Agronomia. Universidade Federal de
Pelotas, Pelotas.
Hydromorphic soils present as main feature a reduced natural drainage ability, being
mostly used for growing irrigated rice. Thus, the occurrence of anaerobic conditions
associated to the presence of organic matter enables the development of anaerobic
microorganisms
which, while decomposing the organic matter, generate phytotoxic
substances represented mainly by short chain aliphatic organic acids. The selection
of promising genotypes adapted for use in these situations requires complicated field
evaluations, which can be simulated under hydroponic culture. The research was
composed of four articles that had as major goals to establish an adequate
methodology for growing rice under organic acid rich hydroponic culture. The first
work aimed at determining the range of concentrations and response variables most
indicated for evaluating rice genotypes under hydroponics. The effects of six different
concentrations for the three major acids formed in the soil: acetic (0; 4; 8; 12; 16 and
20 mM), propionic (0; 3; 6; 9; 12 and 15 mM) and butyric (0; 2; 4; 6; 8 and 10 mM)
acids in two genotypes of high divergence (BRS 7-TAIM and SAIBAN). The results
indicated that the most adequate concentration range for organic acid studies in rice
are between 15.8 and 8.4; 9.1 and 4.2 and 7.7 and 3.7 mM for acetic, propionic and
butyric acids, respectively. Also, the most responsive variable was root length. The
second experiment had as goal to determine, under hydroponics, the influence of the
pH level used in the hydroponic solution on the phytotoxicity caused by acetic,
propionic and butyric acids in rice, as well as the performance of some variables
currently used in studies of abiotic stress tolerance in hydroponic systems. For this
experiment, three acids (acetic, propionic and butyric) and four pH (4.0; 5.0; 6.0 and
7.0) levels were evaluated. The results allow one to conclude that reduced pH levels
increase the phytotoxicity of all acids. The root and shoot lengths have independent
behavior from the acid used, as opposite to root number and root and shoot dry
matter. Root length was the variable most affected by the treatments. The third article
had as objective to evaluate the response of 25 rice genotypes to the phytotoxic
effect of acetic, propionic and butyric acids, individually. In this work, 4 treatments
were used for each acid: 0 (control); 4; 8 and 12 mM for acetic; 0; 3; 6 and 9 mM for
propionic and 0; 2; 4 and 6 mM for butyric acid, respectively. The variables measured
were root (CR) and shoot (CPA) length, root number (NR) and root (MSR) and shoot
(MSPA) dry matter. The relative performance of the variable CR was the most
affected by the acids and the regressions established for this variable revealed
ix
ix
tolerant and sensitive genotypes to organic acids, with 6; 6 and 9 tolerant genotypes
for acetic, propionic and butyric acids, respectively. It was observed a higher number
of tolerant genotypes on the japonica than on the indica group. The fourth experiment
had as objective to evaluate the response of 20 rice cultivars to the interactive
phytotoxic effect of acetic, propionic and butyric acids. In these work, four treatments,
0 (control); 3; 6 and 9 mM were used, consisting of the mixture of three acids (acetic,
propionic and butyric) at a 6:3:1 ratio. The variables measured were root (CR) and
shoot (CPA) length, root number (NR) and root (MSR) and shoot (MSPA) dry matter,
phosphorus (P) and potassium (K) content. The results indicated significant
differences between the genotypes evaluated for the characters CR, CPA, P and K.
Four genotypes were ranked as tolerants. The variable CR associated to CPA, P and
K are indicated for the selection of tolerant genotypes. The results obtained allowed
one to establish an adequate methodology for the selection of rice genotypes under
hydroponic systems combined with organic acid stress (acetic, propionic and butyric)
as well as to select promising genotypes regarding their response to this stress.
Keywords: Abiotic stress, Oryza sativa, Methodology, Genetic variability.
x
x
Lista de figuras
CAPÍTULO 2. Níveis críticos dos ácidos acético, propiônico e butírico para
avaliação da toxicidade em arroz em solução nutritiva
Figura 1
Respostas das variáveis comprimento de raízes (CR), comprimento
de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria seca de
raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea (MSPA) em relação a
seis concentrações de ácido acético nas cultivares BRS-7-TAIM e
SAIBAN. Pelotas-RS, 2006................................................................... 39
Figura 2
Respostas das variáveis comprimento de raízes (CR), comprimento
de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria seca de
raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea (MSPA) em relação a
seis concentrações de ácido propiônico nas cultivares BRS-7-TAIM e
SAIBAN. Pelotas-RS, 2006................................................................... 40
Figura 3
Respostas das variáveis comprimento de raízes (CR), comprimento
de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria seca de
raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea (MSPA) em relação a
seis concentrações de ácido butírico nas cultivares BRS-7-TAIM e
SAIBAN. Pelotas-RS, 2006................................................................... 41
xi
xi
CAPÍTULO 3. Influência do pH da solução nutritiva na fitotoxidez causada por
ácidos orgânicos em arroz sob cultivo hidropônico
Figura 1
Parâmetros das equações de regressão e respectivas
representações gráficas das variáveis comprimento de raízes (CR) e
parte aérea (CPA), número de raízes (NR), e matéria seca de raízes
(MSR) e parte aérea (MSPA) avaliadas em 4 níveis de pH da
solução nutritiva contendo os ácidos acético, propiônico e butírico.
Pelotas-RS, 2006.................................................................................. 58
CAPÍTULO 4. Tolerância a ácidos orgânicos em genótipos de arroz
Figura 1
Efeito das concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico
sobre o crescimento de raízes dos genótipos mais contrastantes em
cada ácido testado. Pelotas-RS, 2006.................................................. 79
CAPÍTULO 5. Resposta de cultivares de arroz ao efeito fitotóxico interativo dos
ácidos acético, propônico e butírico
Figura 1
Representação gráfica, ajuste das equações de regressão e
coeficientes de determinação (R
2
) da variável comprimento de raizes
(CR) das 20 cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com
4 concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-
RS, 2007............................................................................................... 104
Figura 2
Representação gráfica, ajuste das equações de regressão e
coeficientes de determinação (R
2
) da variável comprimento de parte
aérea (CPA) das 20 cultivares de arroz, estudadas em solução
nutritiva com 4 concentrações dos ácidos acético, propiônico e
butírico. Pelotas-RS, 2007.................................................................... 105
xii
xii
Figura 3
Representação gráfica, ajuste das equações de regressão e
coeficientes de determinação (R
2
) da variável teor de fósforo (P) das
20 cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com 4
concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS,
2007......................................................................................................
106
Figura 4
Representação gráfica, ajuste das equações de regressão e
coeficientes de determinação (R
2
) da variável teor de potássio (K)
das 20 cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com 4
concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS,
2007...................................................................................................... 107
xiii
xiii
Lista de tabelas
CAPÍTULO 2. Níveis críticos dos ácidos acético, propiônico e butírico para
avaliação da toxicidade em arroz em solução nutritiva
Tabela 1
Resumo da análise de variância (F.V.- fonte de variação e G.L.-
graus de liberdade) para as variáveis comprimento de raízes (CR),
comprimento de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria
seca de raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea (MSPA) nos
tratamentos com os ácido acético, propiônico e butírico em arroz
para sistemas hidropônicos. Pelotas-RS, 2006 ...................................
38
Tabela 2
Estimativas de correlação de Pearson entre as variáveis
comprimento de raízes (CR), comprimento de parte aérea (CPA),
número de raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e matéria
seca de parte aérea (MSPA) avaliadas em 6 níveis de ácido acético,
propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2006............................................... 42
CAPÍTULO 3. Influência do pH da solução nutritiva na fitotoxidez causada por
ácidos orgânicos em arroz sob cultivo hidropônico
Tabela 1
Resumo da análise de variância das variáveis comprimento de
raízes (CR) e parte aérea (CPA), número de raízes (NR), e matéria
seca de raízes (MSR) e parte aérea (MSPA) avaliadas em 4 níveis
de pH da solução nutritiva contendo os ácidos acético, propiônico e
butírico. Pelotas-RS, 2006....................................................................
57
xiv
xiv
Tabela 2
Estimativas de correlação de Pearson entre as variáveis
comprimento de raízes (CR), comprimento de parte aérea (CPA),
número de raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e matéria
seca de parte aérea (MSPA) avaliadas em 4 níveis de pH da
solução nutritiva contendo os ácidos acético, propiônico e butírico.
Pelotas-RS, 2006.................................................................................
59
CAPÍTULO 4. Tolerância a ácidos orgânicos em genótipos de arroz
Tabela 1
Descrição dos 25 genótipos de arroz estudados em solução nutritiva
com 4 concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico.
Pelotas-RS, 2006................................................................................. 75
Tabela 2
Análise de variância, médias e coeficiente de variação (C.V.) para as
variáveis crescimento de raízes (CR) e parte aérea (CPA), número
de raízes (NR), matéria seca de raiz (MSR) e de parte aérea (CPA)
de 25 genótipos de arroz, estudados em solução nutritiva com 4
concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS,
2006......................................................................................................
76
Tabela 3
Desempenho relativo (%) das variáveis comprimento de raiz (CR) e
parte aérea (CPA), número de raízes (NR) e matéria seca de raiz
(MSR) e parte aérea (MSPA), para os níveis dos tratamentos
utilizados nos experimentos com ácidos acético, propiônico e
butírico. Pelotas-RS, 2006....................................................................
77
Tabela 4
Parâmetros das equações de regressão linear: interceptação no eixo
y (a), coeficiente de regressão (b) e coeficiente de determinação
(R
2
) dos 25 genótipos de arroz estudados em solução nutritiva com
4 concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico para a
variável comprimento de raiz (CR). Pelotas-RS, 2006.........................
78
xv
xv
CAPÍTULO 5. Resposta de cultivares de arroz ao efeito fitotóxico interativo dos
ácidos acético, propônico e butírico
Tabela 1
Relação das cultivares, grupo e sistema de cultivo dos acessos
utilizados no estudo de tolerância à toxicidade por ácidos orgânicos.
Pelotas-RS, 2007................................................................................. 100
Tabela 2
Resumo da análise de variância, médias e coeficiente de variação
(C.V.) para as variáveis comprimento de raiz (CR) e de parte aérea
(CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raiz (MSR) e de
parte aérea (MSPA), teor de fósforo (P) e de potássio (K) de 20
cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com 4
concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS,
2007......................................................................................................
101
Tabela 3
Resumo da análise de variância do modelo de regressão para as
variáveis comprimento de raiz (CR) e de parte aérea (CPA), número
de raízes (NR), matéria seca de raiz (MSR) e de parte aérea
(MSPA), teor de fósforo (P) e de potássio (K) de 20 cultivares de
arroz, estudadas em solução nutritiva com 4 concentrações dos
ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2007......................
102
Tabela 4
Coeficientes de correlação de Pearson entre as variáveis
comprimento de raiz (CR) e de parte aérea (CPA), número de raízes
(NR), matéria seca de raiz (MSR) e de parte aérea (MSPA), teor de
fósforo (P) e de potássio (K), de 20 cultivares de arroz, estudadas
em solução nutritiva com 4 concentrações dos ácidos acético,
propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2007............................................... 103
xvi
xvi
Sumário
Resumo ..............................................................................................................
5
Abstract ............................................................................................................. 7
Lista de Figuras ................................................................................................ 9
Lista de Tabelas ................................................................................................
12
Sumário ............................................................................................................. 15
1. INTRODUÇÃO GERAL ..................................................................................
18
2. NÍVEIS CRÍTICOS DOS ÁCIDOS ACÉTICO, PROPIÔNICO E BUTÍRICO
PARA AVALIAÇÃO DA TOXICIDADE EM ARROZ EM SOLUÇÃO
NUTRITIVA .........................................................................................................
23
2.1. Resumo ............................................................................................. 24
2.2. Palavras-chave .................................................................................. 24
2.3. Abstract ..............................................................................................
24
2.4. Keywords ........................................................................................... 25
2.5. Introdução ..........................................................................................
25
2.6. Material e Métodos ............................................................................ 27
2.7. Resultados .........................................................................................
29
2.8. Discussão .......................................................................................... 32
2.9. Conclusões ........................................................................................ 34
xvii
xvii
2.10. Referências Bibliográficas ............................................................... 34
3. INFLUÊNCIA DO PH DA SOLUÇÃO NUTRITIVA NA FITOTOXIDEZ
CAUSADA POR ÁCIDOS ORGÂNICOS EM ARROZ SOB CULTIVO
HIDROPÔNICO .................................................................................................. 43
3.1. Resumo ............................................................................................. 44
3.2. Palavras-chave .................................................................................. 44
3.3. Abstract ..............................................................................................
44
3.4. Keywords ........................................................................................... 44
3.5. Introdução ..........................................................................................
45
3.6. Material e Métodos ............................................................................ 47
3.7. Resultados e Discussão .................................................................... 49
3.8. Conclusões ........................................................................................ 54
3.9. Referências Bibliográficas ................................................................. 54
4. TOLERÂNCIA A ÁCIDOS ORGÂNICOS EM GENÓTIPOS DE ARROZ ......
60
4.1. Resumo ............................................................................................. 61
4.2. Palavras-chave .................................................................................. 61
4.3. Introdução ..........................................................................................
61
4.4. Material e Métodos ............................................................................ 64
4.5. Resultados e Discussão .................................................................... 65
4.6. Conclusões ........................................................................................ 70
4.7. Abstract ..............................................................................................
71
4.8. Keywords ........................................................................................... 71
4.9. Referências Bibliográficas ................................................................. 72
xviii
xviii
5. RESPOSTA DE CULTIVARES DE ARROZ AO EFEITO FITOTÓXICO
INTERATIVO DOS ÁCIDOS ACÉTICO, PROPÔNICO E BUTÍRICO ...............
80
5.1. Resumo ............................................................................................. 81
5.2. Palavras-chave .................................................................................. 81
5.3. Abstract ..............................................................................................
81
5.4. Keywords ........................................................................................... 82
5.5. Introdução ..........................................................................................
82
5.6. Material e Métodos ............................................................................ 85
5.7. Resultados e Discussão .................................................................... 87
5.8. Conclusões ........................................................................................ 95
5.9. Referências Bibliográficas ................................................................. 96
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 108
7. REFERÊNCIAS .............................................................................................. 114
8. VITA ................................................................................................................
118
18
1. INTRODUÇÃO GERAL
Cultivado e consumido em todos os continentes, o arroz (Oryza sativa L.)
destaca-se pela produção e área de cultivo, justificado pelo papel estratégico que
desempenha tanto no aspecto econômico quanto social. Atualmente, cerca de 154
milhões de hectares de arroz são cultivados anualmente no mundo, produzindo
618,5 milhões de toneladas (FAO, 2006). É considerado a espécie de maior
importância alimentar em muitos países em desenvolvimento, principalmente na Ásia
e Oceania, onde vivem 70% da população total dos países em desenvolvimento e
cerca de dois terços da população subnutrida mundial. É alimento básico para cerca
de 2,4 bilhões de pessoas e, segundo estimativas, até 2050, haverá uma demanda
para atender ao dobro desta população (IRRI, 2006).
O arroz é um dos alimentos com melhor balanceamento nutricional,
fornecendo 20% da energia e 15% da proteína per capita necessária ao homem
(FAO, 2006), sendo uma cultura extremamente versátil, que se adapta a diferentes
condições de solo e clima, e considerada a espécie que apresenta maior potencial
para o combate a fome no mundo.
Aproximadamente 90% de todo o arroz do mundo é cultivado e consumido
na Ásia (IRRI, 2006). A América Latina ocupa o segundo lugar em produção e o
terceiro em consumo. Assim como na Ásia, o arroz é um produto importante na
economia de muitos dos países latino-americanos pelo fato de ser item básico na
dieta da população, como nos casos do Brasil, Colômbia e Peru, ou por ser um
produto importante no comércio internacional, a exemplo de Uruguai, Argentina e
Guiana, como exportadores, e Brasil, México e Cuba, entre outros, como
importadores.
A produção mundial de arroz não vem acompanhando o crescimento do
consumo. Nos últimos seis anos, a produção mundial aumentou cerca de 1,09% ao
19
ano, enquanto a população cresceu 1,32% e o consumo 1,27%, havendo grande
preocupação em relação a estabilização da produção mundial (FAO, 2006).
O Brasil se destaca como o maior produtor de fora do continente Asiático.
Em 2001, a produção brasileira representou 1,8% do total mundial, e cerca de 50%
da América Latina. O Brasil está entre os dez principais produtores mundiais de
arroz, com cerca de 13 milhões de toneladas para um consumo de 11,7 milhões de
toneladas base casca (IRGA, 2006).
A lavoura orizícola tem grande importância econômica para o Brasil. No ano
2004 a produção no valor de R$ 2,5 bilhões, representou 1,3% do valor bruto da
produção agrícola nacional (R$ 191 bilhões) segundo a Confederação Nacional da
Agricultura e Pecuária (CNA, 2006). Apenas a soja, milho, café e cana-de-açúcar
demonstram valor bruto maior do que a orizicultura.
A orizicultura irrigada é responsável por 65% da produção nacional, porém,
com baixa rentabilidade, devido ao alto custo de produção e distorções de mercado.
O cultivo do arroz irrigado presente em todas as regiões brasileiras, destaca-se na
Região Sul que é responsável, atualmente, por cerca de 60% da produção total
deste cereal.
A lavoura de arroz irrigado no Rio Grande do Sul produz anualmente cerca
de 6,3 milhões de toneladas (IRGA, 2006), sendo considerado estabilizador da safra
nacional (RIGATTO e KOHLZ, 1998), responsável por quase 50% da produção
brasileira, a maior entre os Estados da Federação. Esta produção representa 3,1%
do PIB (Produto Interno Bruto) e gera R$ 175 milhões em ICMS (Imposto para
Circulação de Mercadorias e Serviços) e 280 mil empregos no Estado. Cultivado em
cerca de 1 milhão de hectares, apresenta uma produtividade média em torno de
6300 kg ha
-1
, próxima das obtidas em países tradicionais no cultivo de arroz irrigado,
ficando pouco abaixo das obtidas nos EUA e paises da Ásia.
No Rio Grande do Sul o arroz irrigado é cultivado nas seguintes regiões:
Fronteira Oeste, Depressão Central, Campanha, Litoral Sul, Planície Costeira
Externa da Lagoa dos Patos e Planície Costeira Interna da Lagoa dos Patos. Essas
regiões apresentam diferenças quanto a topografia, clima, solos, disponibilidade de
água para irrigação, tamanho de lavoura, etc, determinando variações em termos de
produção e produtividade média de grãos.
Estas regiões destacam-se por terem seus sistemas produtivos alicerçados
na cultura de arroz e na criação extensiva de gado (PORTO, 1997). Nestes solos, a
20
maioria das espécies cultivadas tem seu desenvolvimento e produção prejudicados
devido a má drenagem natural, pois o encharcamento, propicia uma condição
anaeróbia que associado à presença de matéria orgânica favorece a atividade de
microrganismos anaeróbios (SOUSA e BORTOLON, 2002). Estes microrganismos
promovem a decomposição da matéria orgânica sob forma de fermentação
(PONNAMPERUMA, 1965), formando produtos intermediários, entre os quais
destacam-se os ácidos orgânicos alifáticos de cadeia curta e baixo peso molecular,
que podem causar fitotoxidez às plantas, dependendo de suas concentrações
(CAMARGO et al., 2001).
Com a introdução dos sistemas de semeadura direta e cultivo mínimo, que
prevêem a manutenção de resíduos vegetais sobre a superfície do solo, ocorre
maior produção destes ácidos orgânicos, que podem estar limitando o crescimento e
a produtividade das culturas nesses sistemas (SOUSA, 2001). A toxidez por ácidos
orgânicos manifesta-se nas fases iniciais de desenvolvimento da cultura, diminuindo
a germinação, o crescimento radicular, peso e estatura de plântulas (SOUSA, 2001).
Em casos de toxidez mais severa, os prejuízos ao crescimento das plantas podem
se refletir em outras fases, prejudicando o afilhamento, a absorção de nutrientes e o
rendimento de grãos (CAMARGO et al., 2001).
O arroz irrigado sofre potencialmente maior prejuízo devido à ocorrência dos
ácidos orgânicos, pois está submetido, na maior parte de seu desenvolvimento, à
inundação, reduzindo ainda mais a quantidade de oxigênio no solo (SOUSA e
BORTOLON, 2002). Os estudos de tolerância de arroz à presença de ácidos
orgânicos no solo, propiciarão uma maior adesão ao sistema de semeadura direta,
que atualmente só é realizado em apenas 5,46% da área cultivada de arroz no Rio
Grande do Sul (IRGA, 2006). O sistema de semeadura direta preconiza acréscimos
de produtividade, redução dos impactos ambientais do cultivo convencional e dos
custos de produção.
O uso de cultivares melhoradas constitui a tecnologia de menor custo para o
produtor, e portanto, a de mais fácil adoção, proporcionando retornos econômicos
em curto prazo. O melhoramento de plantas é a arte e a ciência de modificar a
estrutura genética de populações (ALLARD, 1960). Desde o início do século XX,
várias técnicas têm sido utilizadas para avaliar e melhorar populações de plantas. O
melhoramento do arroz irrigado obteve grandes avanços nos últimos anos,
principalmente após o descobrimento da importância e utilidade das variedades
21
semi-anãs (GUIDOLIN, 1993; RANGEL et al., 1996). Apesar da utilização de
cultivares melhoradas ser uma excelente alternativa para a redução das perdas
ocasionadas por condições adversas, uma diminuição dos incrementos de
produtividade (ganho genético) tem sido observada nos principais programas de
melhoramento de cereais nos últimos anos.
O principal objetivo dos programas de melhoramento genético de arroz é a
quebra de patamares de produtividade (MAGALHÃES Jr et al., 2003; 2004),
dificultados principalmente pela estreita base genética das populações utilizadas
acarretando em menor adaptabilidade das cultivares a condições de ambiente
adversas. A utilização de germoplasma geneticamente diverso pelos programas é
limitada por problemas relacionados ao arraste de genes deletérios associados a
locos de interesse (linkage drag), determinando maior tempo de recuperação de
linhagens avançadas e introgressão de regiões indesejadas do genoma do
germoplasma doador (BOHNERT et al., 1995). Estes problemas podem
potencialmente ser minimizados pelo uso combinado de ferramentas biotecnológicas
e de indução de variabilidade genética (GROVER et al., 2001; KANAMORI et al.,
2004). Entretanto, apesar destas dificuldades relacionadas com a utilização de
germoplasma diverso, até hoje o processo com maior repercussão na obtenção de
cultivares superiores é devido a utilização destas metodologias. O passo inicial e de
fundamental importância para o melhoramento genético de algum caráter da planta
é a identificação e caracterização de variabilidade genética.
Estudos sobre variabilidade genética para o caráter tolerância a ácidos
orgânicos são escassos e relativamente antigos (SOUSA e BORTOLON, 2002),
desenvolvidos com genótipos de pouco interesse pelo melhoramento genético de
plantas atualmente. Outro fator referente aos trabalhos disponíveis sobre este
estresse em plantas de arroz são os métodos de pesquisa utilizados pelos autores.
Atualmente, a utilização de ambientes controlados com o uso de soluções nutritivas
têm sido amplamente utilizados para caracterização de genótipos a diversos
estresses (DUNCAN e BALIGAR, 1990). A avaliação de genótipos em ambientes
artificiais não leva em consideração as reais pressões do meio, e as avaliações a
campo reúnem grande número de variáveis não controladas (WRIGHT, 1989).
BILINSKI e FOY (1987) demonstraram correlações significativas entre parâmetros
coletados em testes de campo e em ambientes artificiais, com solo ou solução
nutritiva em gramíneas. Assim, um modo eficiente de avaliação de genótipos para
22
tolerância à presença de ácidos orgânicos em meio de cultivo pode ser realizado em
sistemas de hidroponia sob condições controladas.
A tese teve como objetivo geral estabelecer uma metodologia adequada
para estudos de tolerância aos ácidos orgânicos em arroz, e caracterizar o
comportamento de genótipos de arroz sob estresse por ácidos orgânicos. E como
objetivos específicos determinar as variáveis resposta e doses adequadas para
estudos com ácidos orgânicos em arroz sob sistema hidropônico; determinar a
influencia do pH da solução hidropônica sob a toxicidade dos ácidos orgânicos em
arroz sob sistema hidropônico; avaliar a resposta de genótipos de arroz sob estresse
por cada ácido orgânico e avaliar a resposta de genótipos de arroz sob efeito
interativo dos ácidos orgânicos.
Em função disto, foi realizado um trabalho relacionado a metodologias e
avaliações do desempenho de genótipos de arroz submetidas a estresse por ácidos
orgânicos. Os genótipos utilizados pertencem a coleção de trabalho do Centro de
Genômica e Fitomelhoramento (CGF) da Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel
(FAEM) da Universidade Federal de Pelotas (UFPel), e os experimentos foram
desenvolvidos no Laboratório de Duplo-Haplóides e Hidroponia do
CGF/FAEM/UFPel.
23
2. NÍVEIS CRÍTICOS DOS ÁCIDOS ACÉTICO, PROPIÔNICO E
BUTÍRICO PARA AVALIAÇÃO DA TOXICIDADE EM ARROZ EM
SOLUÇÃO NUTRITIVA
(Acta Botanica Brasilica - ISSN: 0102-3306)
24
NÍVEIS CRÍTICOS DOS ÁCIDOS ACÉTICO, PROPIÔNICO E BUTÍRICO PARA
AVALIAÇÃO DA TOXICIDADE EM ARROZ EM SOLUÇÃO NUTRITIVA
(Níveis críticos dos ácidos acético, propiônico e butírico para estudos de toxicidade em
arroz em solução nutritiva)
RESUMO – A ocorrência de condições anaeróbias nos solos hidromórficos, associada com a
presença de matéria orgânica, favorece o desenvolvimento de microrganismos anaeróbios que
produzem substâncias fitotóxicas, principalmente ácidos orgânicos de cadeia curta. A seleção
de constituições genéticas de arroz promissoras para utilização nestes ambientes requer
avaliações de difícil execução em campo, sendo simplificada pela utilização de sistemas
hidropônicos. O objetivo deste trabalho foi determinar a faixa de concentração e as respostas
mais apropriadas para serem utilizadas em seleção de genótipos de arroz para tolerância a
ácidos orgânicos em sistemas hidropônicos. Foram testados seis concentrações dos três
principais ácidos formados no solo: ácido acético (0; 4; 8; 12; 16 e 20 mM), ácido propiônico
(0; 3; 6; 9; 12; e 15 mM) e ácido butírico (0; 2; 4; 6; 8 e 10 mM) em dois genótipos de
elevada divergência (BRS 7-TAIM e SAIBAN). Os resultados indicam que as faixas de
concentração mais adequadas para estudos de tolerância a ácidos orgânicos em arroz estão
entre 15,8 e 8,4; 9,1 e 4,2 e 7,7 e 3,7 mM para os ácidos acético, propiônico e butírico
respectivamente, e a variável mais responsiva foi comprimento de raízes.
Palavras-chave: Oryza sativa; estresse abiótico; ácidos orgânicos.
(Critical levels of acetic, propionic and butyric acids for evaluation of toxicity in rice in
nutrient solution)
ABSTRACT – The occurrence of anaerobic conditions in hydromorphic soils, associated
with the presence of organic matter favors the development of anaerobic microorganisms that
25
produce phytotoxic substances, especially short chain organic acids. Selection of promising
rice genotypes for use under these conditions requires complex field evaluations, which may
be simplified with the use of hydroponic culture. The objective of this work was to determine
the range of concentrations and the dependent variables more appropriated to selecting rice
genotypes for tolerance to organic acids in hydroponic culture. Six concentrations of the three
main acids formed in the soil: acetic acid (0; 4; 8; 12; 16 and 20 mM), propionic acid (0; 3; 6;
9; 12; and 15 mM) and butyric acid (0; 2; 4; 6; 8 and 10 mM) and two genotypes of high
divergence (BRS 7-TAIM and SAIBAN) were used. The results indicate that the more
adequate concentration range for studies of rice tolerance to organic acids is: 15.8 and 8.4; 9.1
and 4.2 and 7.7 and 3.7 mM for the acids acetic, propionic and butyric, respectively, and the
most responsive variable was root length.
Key words: Oryza sativa; abiotic stress; organic acids.
Introdução
A Região Sul do Brasil apresenta uma área de 6,8 milhões de hectares constituída
por solos hidromórficos, representando 20% da área total do estado do Rio Grande do Sul
(Pinto et al. 2004). Nestes solos, a maioria das espécies cultivadas tem seu desenvolvimento e
produção prejudicados devido à má drenagem natural que provoca um ambiente anaeróbico,
favorecendo a formação de substâncias tóxicas (Camargo et al. 2001). Nestas áreas, onde o
solo está praticamente submerso em água, o suprimento de O
2
é cerca de 10.000 vezes mais
lento que no solo seco (Ponnamperuma 1972). Devido à cultura do arroz irrigado ter como
característica principal a manutenção de uma lâmina de água sobre o solo durante a maior
parte do seu desenvolvimento, o O
2
presente é consumido e os microorganismos aeróbios
deixam de atuar, proliferando microorganismos anaeróbios, predominantemente bactérias, que
utilizam a energia fornecida pela matéria orgânica. Durante a decomposição anaeróbica,
26
formam-se produtos intermediários, resultantes principalmente da fermentação, dentre os
quais destacam-se os ácidos orgânicos alifáticos de baixo peso molecular (acético, propiônico
e butírico), que ocorrem na faixa de concentração de 0,1 a 14 mM (Sousa 2001) e,
geralmente, na proporção de 6:3:1, respectivamente (Bohnen et al. 2005). Estes ácidos
atingem valor máximo poucos dias após o alagamento, podendo promover toxidez às plantas
(Sousa & Bortolon 2002).
A introdução do sistema de semeadura direta, prevê a manutenção de resíduos
vegetais sob a superfície do solo, ocorrendo maior produção de ácidos orgânicos de baixo
peso molecular, principalmente em áreas de difícil drenagem natural, o que pode limitar o
crescimento e a produtividade do arroz cultivado neste sistema, nestas áreas. A toxidez por
ácidos orgânicos manifesta-se nas fases iniciais de desenvolvimento, ocasionando uma menor
germinação, menor crescimento radicular, menor peso e estatura de plântulas (Sousa &
Bortolon 2002). Em casos de toxidez mais severa, os prejuízos no desenvolvimento das
plantas podem se refletir em outras fases, ocorrendo menores afilhamento, absorção de
nutrientes e rendimento de grãos (Camargo et al. 2001).
Bortolon et al. (2002) demonstraram que a concentração de 5 mM de ácido acético,
propiônico e butírico reduziu o crescimento radicular de arroz em 52, 75 e 92%,
respectivamente. Wallace & Whitehand (1980) verificaram em trigo, que os ácidos quando
adicionados em conjunto na solução tratamento apresentam efeito interativo, aumentando a
fitotoxidez final. No entanto, até hoje não foram realizados estudos com o objetivo de
verificar o efeito diferencial de um grupo de constituições genéticas frente ao efeito fitotóxico
dos ácidos orgânicos.
A identificação e a caracterização da variabilidade genética representa o passo
inicial para o melhoramento genético vegetal. Técnicas de avaliação de genótipos em
ambientes controlados com o uso de soluções nutritivas têm sido amplamente utilizados para
27
caracterização de genótipos a diversos estresses (Duncan & Baligar 1990). Entretanto a
avaliação de genótipos em ambientes artificiais não leva em consideração as reais pressões do
meio (Duncan & Baligar 1990). Por outro lado, a seleção em ensaios de campo reúne grande
número de variáveis não controladas, tais como tolerâncias diferenciais a estresses climáticos,
bióticos ou nutricionais (Wright 1989). Correlações significativas entre parâmetros coletados
em testes de campo e em ambientes artificiais com solo ou solução nutritiva foram relatados
por Bilinski & Foy (1987) para diversas gramíneas. Assim, um modo eficiente de avaliação
de genótipos para tolerância à presença de ácidos orgânicos em meio de cultivo pode ser
realizada em sistemas de hidroponia sob condições controladas.
A carência bibliográfica evidencia a necessidade de mais estudos com relação a
metodologia para avaliação da toxicidade por ácidos orgânicos, pois, a maior parte dos
trabalhos são antigos e desenvolvidos com técnicas que não refletem as atuais condições
experimentais utilizadas nestes tipos de estudos. Assim, o objetivo do trabalho foi identificar
a faixa de concentração e as variáveis resposta mais eficientes para estudos de tolerância aos
ácidos acético, propiônico e butírico em arroz; e avaliar o desempenho de dois genótipos
geneticamente distintos ao estresse causado por cada um dos ácidos.
Material e Métodos
Foram realizados três experimentos independentes; cada um deles tendo o objetivo
de avaliar o efeito dos três principais ácidos orgânicos (acético, propiônico e butírico),
formados durante a decomposição anaeróbia da matéria orgânica durante a fermentação no
solo (Camargo et al. 1993).
Os experimentos foram conduzidos em sistema hidropônico, mediante a aplicação
de seis doses de cada ácido orgânico e utilização de dois genótipos geneticamente distintos
(BRS 7-TAIM indica e SAIBAN japonica). Foram utilizados potes com capacidade de 5,5 L
28
nos quais foi adaptada uma tela de náilon à tampa para permitir a sustentação das plântulas e o
crescimento do sistema radicular no meio de cultivo. Os potes permaneceram em tanque tipo
“banho-maria”, com temperatura de 25
+
1 ºC e iluminação artificial controlada.
A solução nutritiva utilizada apresentou a seguinte composição: nitrato de cálcio -
Ca(NO
3
)
2
4 mM, sulfato de magnésio – MgSO
4
2 mM, nitrato de potássio - KNO
3
4 mM,
sulfato de amônio - (NH4)
2
SO
4
0,435 mM, fosfato de potássio - KH
2
PO
4
0,5 mM, ácido
bórico - H
3
BO
3
10 µM, molibdato de sódio - NaMoO
4
0,10 µM, cloreto de sódio – NaCl 30
µM, sulfato de zinco - ZnSO
4
0,8 µM, sulfato de cobre - CuSO
4
0,3 µM, sulfato de manganês
- MnSO
4
2 mM, Ferro EDTA – Fe SO
4
+ Na 10 µM (Camargo & Oliveira 1981).
As sementes de cada genótipo de arroz foram desinfetadas com hipoclorito de sódio
a 10% (produto comercial) por 5 minutos, lavadas em água destilada e colocadas para
germinação a 25
+
1 ºC por 72 horas em papel filtro embebido em água. Após germinação, as
plântulas foram selecionadas quanto ao vigor e uniformidade para constituir o experimento. O
delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições, e a
unidade experimental consistiu de 20 plântulas de cada genótipo no bloco. As doses
consistiram de seis concentrações para cada um dos ácidos orgânicos testados (acético,
propiônico e butírico). As concentrações utilizadas foram 0 (testemunha); 4; 8; 12; 16 e 20
mM, para ácido acético; 0; 3; 6; 9; 12 e 15 mM, para ácido propiônico e 0; 2; 4; 6; 8 e 10 mM,
para ácido butírico. O pH foi ajustado para 4,7 com HCl 1N ou NaOH 1N, sendo monitorado
diariamente e ajustado quando necessário, pois segundo Rao & Mikkelsen (1977a) o pH da
solução nutritiva em experimentos com ácidos orgânicos é variável e interfere na toxicidade
dos ácidos.
As plântulas permaneceram em solução nutritiva sob as doses por quatorze dias.
Após esse período, elas foram avaliadas quanto aos seguintes caracteres: comprimento de raiz
(CR) e parte aérea (CPA), em cm; número de raízes (NR); matéria seca de raízes (MSR) e de
29
parte aérea (MSPA), em mg, após secagem até massa constante em estufa com circulação
forçada de ar a 60°C.
Os dados foram submetidos à análise de variância, ajuste de regressão para cada
variável pelo procedimento glm (generalized linear models) (McCullagh & Nelder 1989) e
teste de correlação de Pearson entre as variáveis estudadas em cada experimento. Todas as
análises estatísticas foram realizadas com o programa estatístico SAS (Statistical Analysis
System 2002).
Resultados
A análise de variância revelou efeitos significativos da interação genótipo x dose
para todas as variáveis estudadas no experimento relativo ao ácido acético (Tab. 1), indicando
que os genótipos apresentaram variações significativas e de magnitudes distintas frente as
doses utilizadas. Para o experimento relativo ao efeito do ácido propiônico, apenas a variável
CR apresentou efeito de interação significativo; no entanto, para todas as outras variáveis
pode ser verificada uma variação significativa para efeito de genótipos e doses (Tab. 1). O
fato de algumas variáveis não apresentarem interação genótipo x dose significativa, determina
que a variação causada pelo efeito das doses em ambos os genótipos foi de magnitude
semelhante, porém não significa que esta variação deva ser desprezada, visto que apresentou
efeito significativo para a causa de variação dose. Para o ácido butírico, as variáveis CR e
CPA apresentaram variação significativa para interação genótipo x dose. A variável NR, além
de não apresentar diferenças quanto a interação, não evidenciou efeito significativo para efeito
de dose, indicando que para este ácido, esta variável não é eficiente em discriminar o efeito
fitotóxico do elemento estudado. Para as demais variáveis foi constatada significância para
efeito de dose, indicando serem responsivas ao efeito do ácido, porém, com mesmo
comportamento para ambos os genótipos.
30
Uma variável apropriada para estudos de divergência genética pode ser considerada
aquela que apresentar maior magnitude da variação, ou seja, a variável mais responsiva, e que
também apresente efeito significativo para interação genótipo x dose, pois discrimina de
maneira mais eficiente às diferentes respostas das constituições genéticas frente as doses
utilizadas (Camargo & Oliveira 1981; Camargo & Ferreira 1992; Freitas 2003). Com base
neste estudo, a variável que satisfaz estas condições é CR, que apresentou interação
significativa em todos os experimentos e elevada variação (Fig. 1, 2 e 3). No entanto, a
utilização de apenas dois genótipos pode estar mascarando possíveis resultados de interação e
responsividade nas demais variáveis. O objetivo principal do experimento, porém, foi
determinar faixas de concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico, para auxiliar a
escolha de doses em experimentos de seleção de constituições genéticas com elevado
desempenho para tolerância a ácidos orgânicos.
A Fig. 1 ilustra a responsividade das variáveis analisadas frente à ação fitotóxica do
ácido acético nos genótipos utilizados. Pode ser verificado que os genótipos apresentaram
respostas diferenciais ao efeito das doses em todas as variáveis analisadas, corroborando os
resultados obtidos na análise de variância, que demonstraram efeito significativo para
interação genótipo x dose. A variável CR foi a que apresentou maior redução relativa no seu
desempenho frente as doses utilizadas com redução média de até 82,4% na dose mais elevada.
A variável NR foi a única que apresentou acréscimos no seu valor, mostrando também
respostas diferentes dos genótipos estudados. Para as variáveis CPA, MSR e MSPA também
foi verificada resposta diferencial dos genótipos frente ao estresse (Tab. 1). No entanto, as
reduções relativas foram muito similares entre sí com índices variando de 31,4 a 37,4% de
redução para as variáveis MSPA e MSR, respectivamente, na dose mais elevada.
No experimento relativo à ação fitotóxica do ácido propiônico, os ajustes de
regressão (Fig. 2) demonstram que o comportamento médio das variáveis foi similar ao
31
evidenciado com ácido acético. A variável CR foi a de maior responsividade, com redução
média de até 84,5% na dose mais elevada, seguida de CPA com redução relativa de 58,2%,
MSPA, com 29,2% e MSR 25,8%. A variável NR, também, apresentou acréscimos de valor
quando submetida a níveis crescentes de ácido propiônico. Pode ser constatado, analisando a
Fig. 2, que os genótipos apresentaram respostas diferenciais apenas para a variável CR,
segundo já constatado pela análise de variância, porém com efeitos significativos para a fonte
de variação doses e genótipos.
No caso do ácido butírico, mais uma vez a variável CR foi a que apresentou maior
redução média no seu desempenho relativo, chegando neste caso, a uma redução de 78,3% na
dose mais elevada, e respostas diferenciais entre os genótipos utilizados (Fig. 3). A variável
CPA, também apresentou efeito de interação entre genótipo x dose porém com reduções
relativas médias de aproximadamente 30,4%. A variável NR, neste caso, não apresentou
variação significativa para efeito de “interação” ou “dose” (Tab. 1) como pode ser observado
na Fig. 3, no entanto, apresenta diferenças entre os genótipos estudados, provavelmente de
natureza genética entre eles, pois na ausência de efeito de “dose” e de “interação”, pode-se
presumir que as diferenças entre genótipos seja unicamente de cunho genético. Assim como a
variável CR, as variáveis MSR e MSPA tiveram reduções relativas médias menores quando
comparadas aos outros ácidos testados, com reduções de 14,0 e 11,4% para MSR e MSPA,
respectivamente. Também pode ser evidenciado nesta figura que apenas para as variáveis CR
e CPA a interação entre genótipos e doses foi significativa, indicando respostas diferenciais
entre os genótipos frente as doses utilizadas.
Na Tab. 2 são apresentadas as estimativas de correlação simples entre as variáveis
estudadas. Como já era esperado, devido a sua resposta diferencial na análise de regressão, a
variável NR apresentou correlação negativa com as demais, além de ser a única variável que
32
não apresentou correlação significativa com MSR e MSPA no tratamento com ácido butírico.
As demais variáveis apresentaram correlação significativa entre sí em todos os experimentos.
Discussão
Armstrong & Armstrong (2001) estudaram os sintomas fisiológicos relacionados à
toxidez destes mesmos ácidos orgânicos em arroz e relataram que eles causam degradação da
parede celular, inibição das funções respiratórias e, conseqüente, diminuição da divisão
celular do sistema radicular que está em contato direto com o elemento tóxico, indicando
assim a razão principal para o menor crescimento radicular. Camargo et al. (2001) e
Armstrong & Armstrong (2001) observaram que as raízes adventícias diminuíam o seu
crescimento, promovendo a proliferação de calos na base do coleóptilo, aumentando o
número de raízes laterais, sendo esta a provável causa do aumento do número de raízes em
arroz quando submetidos a tratamentos com os ácidos acético, propiônico e butírico.
Os níveis utilizados neste estudo foram selecionados apartir de estudos anteriores,
que concluiram que a fitotoxidez dos ácidos orgânicos aumenta na ordem acético, propiônico
e butírico, ou seja, quanto maior o tamanho da cadeia de carbonos do ácido, mais tóxico ele é
(Takijima 1964; Rao & Mikkelsen 1977a,b; Krogmeier & Bremner 1990). Os resultados
sugerem que o ácido acético, de fato, se mostrou menos tóxico, pois para promover uma
redução de 50% no comprimento de raízes (variável mais afetada) foi necessária uma
concentração de 10,9 mM. No entanto, para os ácidos propiônico e butírico, concentrações de
5,6 e 5,3 mM, respectivamente, foram suficientes para promover reduções de 50% no
comprimento de raízes. Assim, pode ser constatado que, de fato, o ácido butírico é o mais
fitotóxico, no entanto com pouca diferença em relação ao ácido propiônico, ou seja, seus
índices de toxidez são muito semelhantes, contrariando os dados encontrados na literatura,
33
que indicam a necessidade de níveis até 30% mais elevados de ácido propiônico para
promover o mesmo efeito do ácido butírico.
A faixa de concentração sugerida como a mais indicada para produção de estresse
em estudos de tolerância a fatores abióticos está entre valores que causem reduções no
desempenho das variáveis entre 30% e 60% (Jones & Jones 1992). Estimativas por meio de
regressão para a variável mais responsiva (CR) indicam que estes valores estão entre 15,8 e
8,4 mM para o ácido acético, 9,1 e 4,2 mM para o ácido propiônico e 7,7 e 3,7 mM para o
ácido butírico. A utilização de doses que ocasionem reduções muito acentuadas na variável de
interesse podem acarretar danos muito acentuados, inibindo totalmente o crescimento de
raízes dos genótipos avaliados. Este nível de estresse é indesejável, pois os genótipos não se
diferenciam entre si, ocasionando agrupamento de todos eles numa mesma classe de
tolerância. Segundo Freitas (2003) a intensidade do tratamento que deve ser utilizado para
classificar genótipos quanto à tolerância a estresse por alumínio deve ser tal que promova a
distribuição dos genótipos em maior número de classes, possibilitando a discriminação ampla
da variabilidade genética entre os acessos avaliados.
Como a variável mais indicada para avaliação das plântulas foi CR, as variáveis que
apresentarem correlação significativa com ela, e também efeito de interação, podem ser
utilizadas como forma alternativa ou conjuntamente em seleção indireta para o caráter. Dessa
forma, considerando que todas as variáveis se correlacionaram e apresentaram efeitos de
interação no tratamento com ácido acético, qualquer variável estudada pode ser utilizada para
discriminar genótipos com tolerância a este ácido. No entanto, nenhuma outra variável
apresentou efeito de interação no tratamento com ácido propiônico. Assim, apenas a variável
CR é indicada para estudos de divergência genética frente ao estresse causado pelo ácido
propiônico. E para ácido butírico, apenas a variável CPA apresentou efeito de interação e
34
correlação com a variável CR, podendo também ser adotada simultaneamente para avaliação
de genótipos com tolerância ao ácido butírico.
Conclusões
As doses para estudos de divergência genética para o caráter tolerância a ácidos
orgânicos está entre as faixas de 15,8 e 8,4 mM para ácido acético, 9,1 e 4,2 mM para ácido
propiônico e 7,7 e 3,7 mM para ácido butírico. O ácido acético apresenta índice de fitotoxidez
inferior ao dos ácidos propiônico e butírico.
A variável comprimento de raízes é a mais eficiente em discriminar a resposta das
constituições genéticas frente ao estresse causado pelos ácidos acético propiônico e butírico.
As variáveis comprimento de parte aérea, número de raízes, matéria seca de raízes e matéria
seca de parte aérea também são indicadas para estudos com ácido acético e a variável
comprimento de parte aérea, em estudos com ácido butírico.
O genótipo de arroz do grupo indica BRS 7-TAIM é mais sensível ao efeito dos
ácidos acético, propiônico e butírico quando comparado ao genótipo japonica SAIBAN.
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38
Tabela 1. Resumo da análise de variância (F.V.- fonte de variação e G.L.- graus de liberdade)
para as variáveis comprimento de raízes (CR), comprimento de parte aérea (CPA), número de
raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea (MSPA) nos
tratamentos com ácido acético, propiônico e butírico em arroz para sistemas hidropônicos.
Pelotas – RS, 2006.
Quadrados Médios
Ácido
F.V G.L.
CR CPA NR MSR MSPA
Genótipos 1 0,142 8,120* 0,0066 1,220* 3,668*
Doses 5 103,512* 39,438* 3,579* 3,896* 9,212*
Interação 5 0,428* 1,318* 0,0289*
0,0264* 0,395*
Resíduo 18 0,0434 0,283 0,052 0,0082 0,0350
Média 6,398 17,367 4,862 4,214 7,557
Acético
C.V. 3,256 3,063 1,483 2,142 2,476
Genótipos 1 0,623* 42,0650* 0,422* 2,214* 5,105*
Doses 5 116,884* 155,468* 3,939* 2,374* 7,857*
Interação 5 0,766* 0,160 0,0100 0,0081 0,0922
Resíduo 18 0,130 0,401 0,0106 0,0382 0,0351
Média 5,577 13,178 4,815 4,763 7,536
Propiônico
C.V. 6,455 4,807 2,133 4,106 2,485
Genótipos 1 3,725* 0,569 0,0771*
0,0544* 2,664*
Doses 5 102,834* 38,876* 0,0349 0,638* 1,216*
Interação 5 0,532* 1,710* 0,0035 0,0135 0,0027
Resíduo 18 0,0244 0,155 0,0018 0,0064 0,0403
Média 6,283 16,224 3,582 4,779 8,579
Butírico
C.V. 2,485 2,426 1,167 1,670 2,340
* Significativo pelo teste F ao nivel de 5% de probabilidade de erro.
39
Tratamentos (mM)
0 5 10 15 20
Comprimento de raízes (cm)
0
2
4
6
8
10
12
14
Tratamentos (mM)
0 5 10 15 20
Comprimento de parte aérea (cm)
12
14
16
18
20
22
Tratamentos (mM)
0 5 10 15 20
Número de raízes
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
Tratamentos (mM)
0 5 10 15 20
Matéria seca de raízes (mg planta
-1
)
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
Tratamentos (mM)
0 5 10 15 20
Matéria seca de parte aérea (mg planta
-1
)
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
BRS-7-TAIM ____ Y = 10,81 - 0,45.x R
2
= 0,95
SAIBAN _ _ _ Y = 11,51 - 0,51.x R
2
= 0,96
BRS-7-TAIM ____ Y = 20,84 - 0,31.x R
2
= 0,95
SAIBAN _ _ _ Y = 16,69 - 0,27.x R
2
= 0,91
BRS-7-TAIM ____ Y = 5,24 - 0,087.x R
2
= 0,96
SAIBAN _ _ _ Y = 5,04 - 0,099.x R
2
= 0,96
BRS-7-TAIM ____ Y = 3,73 + 0,18.x - 0,005.x
2
R
2
= 0,96
SAIBAN _ _ _ Y = 3,76 + 0,20.x - 0,0058.x
2
R
2
= 0,95
BRS-7-TAIM ____ Y = 8,60 - 0,18.x + 0,0034.x
2
R
2
= 0,96
SAIBAN _ _ _ Y = 9,68 - 0,22.x + 0,0027.x
2
R
2
= 0,96
Figura 1. Respostas das variáveis comprimento de raízes (CR), comprimento de parte aérea
(CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea
(MSPA) em relação a seis concentrações de ácido acético nas cultivares BRS 7-TAIM e
SAIBAN. Pelotas – RS, 2006.
40
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Comprimento de raízes (cm)
0
2
4
6
8
10
12
14
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Comprimento de parte aérea (cm)
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Número de raízes
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Matéria seca de raízes (mg planta
-1
)
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Matéria seca de parte aérea (mg planta
-1
)
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
BRS-7-TAIM ____ Y = 12,230 - 1,311.x + 0,040.x
2
R
2
= 0,94
SAIBAN _ _ _ Y = 11,191 - 1,204.x + 0,040.x
2
R
2
= 0,95
BRS-7-TAIM ____ Y = 21,203 - 1,398.x + 0,041.x
2
R
2
= 0,96
SAIBAN _ _ _ Y = 18,955 - 1,334.x + 0,040.x
2
R
2
= 0,94
BRS-7-TAIM ____ Y = 3,551 + 0,260.x - 0,0094.x
2
R
2
= 0,93
SAIBAN _ _ _ Y = 3,744 + 0,271.x - 0,0105.x
2
R
2
= 0,95
BRS-7-TAIM ____ Y = 5,728 - 0,100.x R
2
= 0,96
SAIBAN _ _ _ Y = 5,250 - 0,094.x R
2
= 0,96
BRS-7-TAIM ____ Y = 8,483 - 0,170.x R
2
= 0,95
SAIBAN _ _ _ Y = 9,228 - 0,182.x R
2
= 0,96
Figura 2. Respostas das variáveis comprimento de raízes (CR), comprimento de parte aérea
(CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea
(MSPA) em relação a seis concentrações de ácido propiônico nas cultivares BRS 7-TAIM e
SAIBAN. Pelotas – RS, 2006.
41
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10
Comprimento de Raízes (cm)
0
2
4
6
8
10
12
14
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10
Comprimento de parte aérea (cm)
12
14
16
18
20
22
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10
Número de raízes
3.35
3.40
3.45
3.50
3.55
3.60
3.65
3.70
3.75
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10
Matéria seca de raízes (mg planta
-1
)
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
Tratamentos (mM)
0 2 4 6 8 10
Matéria seca de parte aérea (mg planta
-1
)
7.6
7.8
8.0
8.2
8.4
8.6
8.8
9.0
9.2
9.4
9.6
BRS-7-TAIM ____ Y = 12,481 - 1,681.x + 0,0677.x
2
R
2
= 0,96
SAIBAN _ _ _ Y = 11,098 - 1,419.x + 0,0545.x
2
R
2
= 0,96
BRS-7-TAIM ____ Y = 20,599 - 1,405.x + 0,0752.x
2
R
2
= 0,94
SAIBAN _ _ _ Y = 19,026 - 1,036.x + 0,0619.x
2
R
2
= 0,93
BRS-7-TAIM ____ Y = 3,421 + 0,0296.x - 0,0007.x
2
R
2
= 0,95
SAIBAN _ _ _ Y = 3,572 + 0,0030.x + 0,0010.x
2
R
2
= 0,96
BRS-7-TAIM ____ Y = 5,282 - 0,118.x + 0,0032.x
2
R
2
= 0,96
SAIBAN _ _ _ Y = 5,096 - 0,085.x + 0,0021.x
2
R
2
= 0,96
BRS-7-TAIM ____ Y = 8,846 - 0,100.x R
2
= 0,94
SAIBAN _ _ _ Y = 9,350 - 0,107.x R
2
= 0,96
Figura 3. Respostas das variáveis comprimento de raízes (CR), comprimento de parte aérea
(CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea
(MSPA) em relação a seis concentrações de ácido butírico nas cultivares BRS 7-TAIM e
SAIBAN. Pelotas – RS, 2006.
42
Tabela 2. Estimativas de correlação de Pearson entre as variáveis comprimento de raízes
(CR), comprimento de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raízes
(MSR) e matéria seca de parte aérea (MSPA) avaliadas em seis níveis de ácido acético,
propiônico e butírico. Pelotas – RS, 2006.
Ácido
Variáveis CR CPA NR MSR MSPA
CR 1 0,84* -0,85* 0,85* 0,81*
CPA 1 -0,77* 0,83* 0,70*
NR 1 -0,79* -0,77*
MSR 1 0,75*
Acético
MSPA 1
CR 1 0,86* -0,86* 0,77* 0,78*
CPA 1 -0,84* 0,81* 0,68*
NR 1 -0,77* -0,69*
MSR 1 0,57*
Propiônico
MSPA 1
CR 1 0,65* -0,32* 0,79* 0,56*
CPA 1 -0,62* 0,43* 0,46*
NR 1 -0,098 -0,095
MSR 1 0,54*
Butírico
MSPA 1
* Significativo a 5% de probabilidade e de erro pelo teste t.
Número de observações = 48.
43
3. INFLUÊNCIA DO pH DA SOLUÇÃO NUTRITIVA NA FITOTOXIDEZ
CAUSADA POR ÁCIDOS ORGÂNICOS EM ARROZ SOB CULTIVO
HIDROPÔNICO
(Magistra - ISSN: 0102-5333)
44
INFLUÊNCIA DO pH DA SOLUÇÃO NUTRITIVA NA FITOTOXIDEZ CAUSADA
POR ÁCIDOS ORGÂNICOS EM ARROZ SOB CULTIVO HIDROPÔNICO
RESUMO: A ocorrência de condições anaeróbias nos solos hidromórficos, associada com a presença de matéria
orgânica favorece o desenvolvimento de microrganismos anaeróbios que produzem substâncias fitotóxicas
representadas principalmente pelos ácidos orgânicos de cadeia curta. A seleção de constituições genéticas de
arroz promissoras e adaptadas para utilização nestas situações requer avaliações de difícil execução a campo,
sendo simplificada com a utilização de sistemas hidropônicos. O objetivo deste trabalho foi determinar, em
hidroponia, a influência do nível de pH utilizado na solução hidropônica na fitotoxidade causada pelos ácidos
acético, propiônico e butírico em arroz, bem como o desempenho de algumas variáveis atualmente utilizadas em
estudos de tolerância a estresses abióticos em sistemas hidropônicos. O delineamento experimental utilizado foi
o de blocos casualizados, com quatro repetições. Sementes da cultivar BRS 7 TAIM foram alocadas em potes
contendo solução hidropônica e os tratamentos. Foram avaliados três ácidos (acético, propiônico e butírico) e
quatro níveis de pH ( 4,0; 5,0; 6,0 e 7,0). Os resultados permitem concluir que níveis reduzidos de pH aumentam
a fitotoxidez de todos os ácidos. Os comprimentos de raízes e parte aérea tem comportamento independente do
ácido utilizado, ao contrário do número de raízes e matérias secas de raízes e parte aérea. O comprimento de
raízes é a variável mais afetada pelo efeito dos tratamentos.
Palavras-chave: Oryza sativa, condições anaeróbicas, estresse abiótico.
NUTRITIVE SOLUTION pH INFLUENCE ON PHYTOTOXICITY CAUSED BY ORGANIC ACIDS IN
RICE UNDER HYDROPONIC CULTURE
ABSTRACT: The occurrence of anaerobic conditions in hydromorphic soils, associated to the presence of
organic matter favors the development of anaerobic microorganisms which produce phytotoxic substances
represented mainly by short chain organic acids. The selection of promising rice genotypes adapted to these
situations requires cumbersome field evaluations that can be replaced by simpler hydroponic culture evaluations.
The objective of this work was to determine, in hydroponics, the pH level influence on the phytotoxicity caused
by acetic, propionic and butyric acids to rice, as well as the performance of some variables currently used in
abiotic stress tolerance studies in hydroponic systems. The experimental design used was random blocks with
four replications. Seeds from cultivar BRS 7 TAIM were placed on plastic pots containing hydroponic solution
and the treatments. Three acids (acetic, propionic and butyric) and four pH levels (4.0, 5.0, 6.0 and 7.0) were
evaluated. The results indicate that reduced pH levels increase the phytotoxicity of all acids. Root and Shoot
length have responses independent of the acid used, an inverse response being found for root number, root dry
matter and shoot dry matter. Root length was the variable most influenced by the treatments.
Key words: Oryza sativa, anaerobic conditions, abiotic stress.
45
INTRODUÇÃO
A região sul do Brasil apresenta uma área de 6,8 milhões de hectares constituída por
solos hidromórficos, representando 20% da área total do estado do Rio Grande do Sul (Pinto
et al., 2004). Nestes solos, a maioria das espécies cultivadas tem seu desenvolvimento e
produção prejudicados devido a má drenagem natural que provoca um ambiente anaeróbio,
favorecendo a formação de substâncias tóxicas (Camargo et al., 2001). Nestas áreas, onde o
solo está praticamente submerso em água, o suprimento de O
2
é cerca de 10.000 vezes mais
lento que no solo seco (Ponnamperuma, 1972). Como a cultura do arroz irrigado tem como
característica principal a manutenção de uma lâmina de água sobre o solo durante a maior
parte do seu desenvolvimento, o O
2
presente é consumido e os microorganismos aeróbios
deixam de atuar, e os microorganismos anaeróbios, representados predominantemente por
bactérias, proliferam a custa de energia fornecida pela matéria orgânica. Durante a
decomposição anaeróbia, formam-se produtos intermediários, resultantes principalmente da
fermentação, entre os quais destacam-se os ácidos orgânicos alifáticos de baixo peso
molecular (acético, propiônico e butírico), que ocorrem na faixa de concentração de 0,1 a 14
mM (Sousa, 2001) e geralmente na proporção de 6:3:1, respectivamente (Bohnen et al.,
2002). Estes ácidos atingem um valor máximo em poucos dias após o alagamento, podendo
ocorrer toxidez às plantas (Sousa & Bortolon, 2002).
Com a introdução do sistema de semeadura direta, que prevê a manutenção de
resíduos vegetais sob a superfície do solo, ocorre maior produção de ácidos orgânicos de
baixo peso molecular, principalmente em áreas de difícil drenagem natural, que podem estar
limitando o crescimento e a produtividade do arroz cultivado neste sistema nestas áreas. A
toxidez por ácidos orgânicos manifesta-se, nas fases iniciais de desenvolvimento, por uma
menor germinação, um menor crescimento radicular, menor peso e estatura de plântulas
46
(Sousa & Bortolon, 2002). Em casos de toxidez mais severa, os prejuízos ao crescimento das
plantas podem se refletir em outras fases, ocorrendo menor afilhamento, absorção de
nutrientes e rendimento de grãos (Camargo et al., 2001).
A identificação e caracterização da variabilidade genética é o passo inicial e de
fundamental importância para o melhoramento genético vegetal. Técnicas de avaliações de
genótipos em ambientes controlados com o uso de soluções nutritivas tem sido amplamente
utilizados para caracterização de genótipos à diversos estresses (Duncan & Baligar, 1990).
Enquanto a avaliação de genótipos em ambientes artificiais não leva em consideração as reais
pressões do meio (Duncan & Baligar, 1990), a seleção em ensaios de campo reúne grande
número de variáveis não controladas, tais como tolerâncias diferenciais a estresses climáticos,
bióticos ou nutricionais (Wright, 1989). Correlações significativas entre variáveis coletadas
em testes de campo e em ambientes artificiais, com solo ou solução nutritiva são relatados por
Bilski & Foy, (1987) em diversas gramíneas. Assim, uma maneira eficiente de avaliação de
genótipos para tolerância a presença de ácidos orgânicos em meio de cultivo pode ser
realizada em sistemas eficientes de hidroponia sob condições controladas.
Rao & Mikkelsen (1977a) e Armstrong & Armstrong (1999) concluíram que níveis
reduzidos de pH da solução nutritiva onde os ácidos orgânicos estão diluídos aumentam sua
fitotoxidez. O principal sintoma fisiológico descrito para os ácidos orgânicos, se refere ao seu
poder de lipossolubilidade das membranas celulares, que é aumentado quando estes ácidos
encontram-se na forma não dissociada (Marschner, 1995). A forma não dissociada destes
ácidos está intimamente relacionada com o pH do meio onde se encontram, sendo que cerca
de 63 a 70% destes ácidos encontra-se nesta forma a um pH de 4,5 (Jackson & Taylor, 1970 e
Lynch, 1978), aumentando seu poder de lipossolubilidade das membranas celulares e
conseqüentemente sua fitotoxidez.
47
A escassa bibliografia disponível evidencia a necessidade de maiores estudos com
relação aos materiais e métodos utilizados para avaliação da toxicidade por ácidos orgânicos,
pois, a maior parte dos trabalhos são antigos e desenvolvidos com materiais e métodos
ultrapassados. Assim, o objetivo do trabalho foi determinar, em hidroponia, a influência do
nível de pH utilizado na solução hidropônica na fitotoxidade causada pelos ácidos acético,
propiônico e butírico em arroz, bem como o desempenho de algumas variáveis atualmente
utilizadas em estudos de tolerância a estresses abióticos em sistemas hidropônicos.
MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi realizado no Laboratório de Di-haplóides e Hidroponia do Centro de
Genômica e Fitomelhoramento (CGF) da Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel da
Universidade Federal de Pelotas (UFPel), localizado no município de Pelotas - RS.
Para constituição do experimento, foram utilizados potes com capacidade de 5,5 L
nos quais foi adaptada uma tela plástica a tampa de cada pote permitindo a sustentação das
plântulas e o crescimento do sistema radicular para o meio de cultivo. Os potes permaneceram
em tanque tipo “banho maria” com temperatura de 25
+
1 ºC, e iluminação artificial
controlada.
A concentração da solução nutritiva utilizada foi: Nitrato de cálcio - Ca(NO
3
)
2
4
mM, Sulfato de magnésio – MgSO
4
2 mM, Nitrato de potássio - KNO
3
4 mM, Sulfato de
amônio - (NH4)
2
SO
4
0,435 mM, Fosfato de potássio - KH
2
PO
4
0,5 mM, Acido bórico -
H
3
BO
3
10 µM, Molibdato de sódio - NaMoO
4
0,10 µM, Cloreto de sódio – NaCl 30 µM,
Sulfato de zinco - ZnSO
4
0,8 µM, Sulfato de cobre - CuSO
4
0,3 µM, Sulfato de manganês -
MnSO
4
2 mM, Ferro EDTA – Fe SO
4
+ Na 10 µM (Camargo & Oliveira, 1981).
48
Para constituição do experimento, 8400 sementes da cultivar BRS 7 TAIM foram
colocadas para germinação a 25
+
1 ºC por 72 horas em papel filtro embebido em água, das
quais foram selecionadas 3840 com comprimento de raiz de 5 mm e uniformes para constituir
o experimento. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com
quatro repetições, em um esquema fatorial, sendo que a unidade experimental consistiu de 80
sementes para cada repetição de cada ácido testado. Após a realização do sorteio, as unidades
experimentais foram alocadas nas telas de náilon adaptadas às tampas dos recipientes
contendo solução hidropônica normal adicionada de uma concentração fixa de cada ácido.
Foram utilizadas concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico que causam
aproximadamente 50 % de redução no crescimento do sistema radicular. Segundo Rao &
Mikkelsen (1977b) os níveis de 4,2; 2,2 e 1,7 para os ácidos acético, propiônico e butírico
respectivamente, causam uma redução de 50% no crescimento de raízes em arroz a um nível
de pH de 4,7, sendo estes, utilizados para compor os experimentos. Os tratamentos foram
constituídos de 4 níveis de pH: 4, 5, 6 e 7 para cada um dos ácidos testados na suas
respectivas doses. Os níveis de pH foram monitorados diariamente e corrigidos quando
necessário com HCl 1N ou NaOH 1N, pois segundo Rao & Mikkelsen (1977a), o pH da
solução nutritiva em experimentos com ácidos orgânicos sofre muitas variações.
As plântulas se desenvolveram em solução nutritiva adicionada dos tratamentos por
14 dias. Após esse período elas foram retiradas da tela de náilon e avaliadas quanto as
seguintes caracteres: comprimento de raiz (CR) e parte aérea (CPA) em cm; número de raízes
(NR); matéria seca de raízes (MSR) e de parte aérea (MSPA) em mg pesadas após secagem
até peso constante em estufa.
Os dados foram submetidos à análise de variância num esquema fatorial e ajuste de
regressão para cada variável (Steel & Torrie, 1980) propiciando a verificação da influência do
pH da solução nutritiva na toxicidade causada por cada ácido orgânico utilizado. Também foi
49
realizada uma análise de correlação de Pearson entre as variáveis analisadas. Todas as
análises estatísticas foram realizadas com o programa estatístico SAS (Statistical Analysis
System, 2002).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados da análise de variância (Tabela 1) demonstraram efeito significativo
pelo teste F para a fonte de variação tratamento em todas as variáveis analisadas exceto para
número de raízes (NR). Estes resultados indicam que as variáveis comprimento de raízes
(CR), comprimento da parte aérea (CPA), matéria seca de raízes (MSR) e matéria seca de
parte aérea (MSPA) são influenciadas pelo nível do pH da solução nutritiva para um nível
fixo de ácido utilizado. No entanto, o efeito significativo da interação tratamento x ácido para
as variáveis número de raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e matéria seca de parte
aérea (MSPA) indicam, da mesma forma, variação significativa para estas variáveis, porém
esta variação é dependente do ácido utilizado (acético, propiônico ou butírico). Outro fator
importante é que independente do nível de pH utilizado, as variáveis apresentam valores
diferenciados para cada ácido testado nas variáveis comprimento de parte aérea (CPA),
número de raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e matéria seca de parte aérea (MSPA),
pois apresentaram efeito significativo para fonte de variação “ácido”. Resultados similares
foram obtidos em um experimento avaliando o efeito do pH na fitotoxidez causada pelos
ácidos acético, propiônico e butírico, em que cada ácido respondeu diferencialmente quanto
ao seu nível de fitotoxidez em relação ao pH da solução em que se encontravam (Rao &
Mikkelsen, 1977a).
Os coeficientes de variação (Tabela 1) apresentaram valores entre 3,4 para a variável
matéria seca de parte aérea (MSPA) até 10,25 para comprimento de raízes (CR). Em ambos os
casos o valor pode ser considerado baixo. Estes valores, relativamente baixos, eram esperados
50
uma vez que a unidade experimental foi constituída da avaliação de 80 plântulas
proporcionando maior homogeneização dos valores médios.
Observando a Figura 1 pode ser constatado que todas as variáveis apresentaram
acréscimos de valor com o aumento do nível de pH para todos os ácidos, com exceção da
variável número de raízes (NR) para os ácidos propiônico e butírico que sofreram redução em
função do aumento do nível de pH.
O efeito de interação significativa na análise de variância implica no ajuste de
regressão individual para a variável em cada ácido testado. No entanto, aquelas variáveis que
não apresentaram interação significativa, apresentaram significância para a causa de variação
“ácido” e/ou “tratamento”, implicando em diferenças nos valores médios da variável para
cada ácido testado. Assim foram ajustadas regressões para cada variável em cada ácido
utilizado para que seja possível visualizar o comportamento médio da variação de cada
variável em cada ácido testado.
Para a variável comprimento de raízes (CR) pode ser verificado que a melhor
equação ajustada foi quadrática e linear, respectivamente, para o ácido acético e para os
demais ácidos (Figura 1). Nestes três casos, a variação é muito similar com coeficientes de
regressão semelhantes, como já constatado na análise de variância pela não significância do
efeito de interação, além de possuir médias dos valores de cada ácido muito similares, não
implicando em variação para o fator “ácido”. Pode ser verificado que o comprimento de raízes
(CR) foi a variável mais afetada pelo efeito dos tratamentos, e que níveis elevados de pH
reduzem drasticamente a fitotoxidez para os ácidos orgânicos avaliados. Além de apresentar
maior redução relativa, a raiz também está em contato direto com as moléculas responsáveis
pela fitotoxidez, o que é consistente com a constatação de que estes ácidos causam
degradação da parede celular, inibição das funções respiratórias e conseqüente diminuição da
51
divisão celular do sistema radicular que está em contato direto com o elemento tóxico
(Armstrong & Armstrong, 2001).
Analisando as regressões ajustadas para a variável comprimento de parte aérea
(CPA) (Figura 1) percebe-se um comportamento uniforme na variação, ou seja, regressões
lineares para todos os ácidos testados. Mesmo havendo menor amplitude relativa da variação
para esta variável, pode-se visualizar o efeito significativo da causa de variação “tratamento”
(Figura 1). Assim como para a variável comprimento de raízes (CR), esta variável tem mesmo
comportamento para os três ácidos avaliados, apresentando acréscimos significativos de valor
com o aumento do nível de pH da solução hidropônica, evidenciando que níveis baixos de pH
aumentam a fitotoxicidade causada pelos ácidos. No entanto, pode ser verificado que as
médias dos valores de cada ácido avaliado foi diferente, sendo que o ácido butírico foi o que
apresentou os menores valores de CPA em relação aos demais ácidos avaliados.
A variável número de raízes (NR) foi entre todas, a que apresentou maiores
diferenças nas respostas entre cada ácido avaliado (efeito de interação “ácido x tratamento”).
Em plântulas de arroz sob estresse por ácidos orgânicos as raízes adventícias diminuem o seu
crescimento, promovendo uma proliferação de calos na base do coleóptilo, aumentando o
número de raízes laterais (Armstrong & Armstrong, 2001). No entanto, percebe-se que para o
ácido acético o comportamento do número de raízes (NR) foi similar ao das demais variáveis
analisadas, com acréscimos significativos de valor com o aumento do nível de pH da solução
nutritiva. Entretanto, para os ácidos propiônico e butírico, ocorreu o contrário, ou seja,
reduções do número de raízes com o aumento do nível de pH da solução nutritiva (Figura 1).
Pelo fato de outros estudos terem utilizado os ácidos adicionados em conjunto (Armstrong &
Armstrong, 2001), algumas diferenças podem ser observadas nos resultados obtidos, pois
estes ácidos apresentam efeito interativo quando presentes simultaneamente na solução
nutritiva (Sousa & Bortolon, 2002). Entretanto, a vantagem do presente estudo está no fato de
52
se poder verificar o efeito de cada ácido isoladamente. Contrariando estes resultados, foi
verificado que com aumento da toxidez causada por ácidos orgânicos (em função do menor
nível de pH da solução nutritiva), somente os ácidos propiônico e butírico tiveram o
comportamento de aumento no número de raízes, e para o ácido acético ocorreu uma redução
no número de raízes das plântulas avaliadas.
A variável matéria seca de raízes (MSR), assim como as demais, apresentou
aumento no valor com aumento do nível de pH da solução nutritiva (Figura 1). No entanto,
nesta variável, tal variação pode ser considerada de baixa amplitude, uma vez que as
regressões revelaram baixos coeficientes de regressão (b), porém ainda significativos. Outro
fato que pode ser visualizado na Figura 1 é o efeito de interação entre os fatores “ácido” e
“tratamento”, pois para cada ácido estudado verifica-se uma resposta diferente desta variável.
Para o ácido propiônico foi verificado o maior acréscimo de valor na matéria seca de raízes
(MSR) em relação aos demais ácidos testados. O menor acúmulo de matéria seca foi relatado
por Armstrong & Armstrong (2001) como conseqüência da perda de conteúdo intracelular
para o meio em função da degradação das membranas celulares e estruturas da parede celular.
Assim fica evidente, mais uma vez, que níveis baixos de pH, aumentam a fitotoxicidade
causada por estes ácidos.
O mesmo comportamento pode ser visualizado para a variável matéria seca de parte
aérea (MSPA), onde para todos os ácidos testados houve acréscimos de valor com aumento do
nível de pH da solução nutritiva (Figura 1). Assim como para a variável matéria seca de raízes
(MSR), o ácido que sofreu maior influência do nível de pH da solução foi o propiônico.
Possivelmente, este ácido tem seu efeito mais acentuado no sistema de membranas celulares,
o que causa extravasamento do conteúdo celular e menor acúmulo de matéria seca, no
entanto, esta hipótese deve ser melhor estudada.
53
Níveis reduzidos de pH aumentam a forma não dissociada dos ácidos acético,
propiônico e butírico, tornando-os mais tóxicos às plantas, pois na forma não dissociada estes
ácidos aumentam sua lipossolubilidade causando efeitos diretos no sistema de raízes e
indiretos na parte aérea das plantas sob estresse (Armstrong & Armstrong, 1999). Em pH de
4,5 aproximadamente 63-70% destes ácidos encontram-se na forma não dissociada, e quando
este pH é elevado a 6,0 mais de 92% encontram-se na forma dissociada (Jackson & Taylor,
1970; Lynch, 1978). Outro fator importante é que o valor no qual 50% do ácido encontra-se
na forma dissociada e 50% na forma não dissociada, ou seja, o pK de cada ácido testado é
muito similar. Os valores de pK para os ácidos acético, propiônico e butírico são de 4,74; 4,87
e 4,81, respectivamente (Armstrong & Armstrong, 1999). Assim fica evidente o
comportamento similar de cada ácido frente ao nível de pH utilizado na solução nutritiva, pois
para avaliação da fitotoxidade de cada ácido, deve ser levado em consideração principalmente
a proporção da forma não dissociada do ácido.
Analisando a Tabela 2 pode ser verificado que as variáveis estudadas apresentam
correlações significativas entre si, com exceção da variável número de raízes. Esta variável,
como já constatado, apresentou comportamento diferencial frente aos ácidos propiônico e
butírico, com acréscimos consideráveis nos valores médios. Este comportamento diferencial
foi o responsável pela associação inversa (correlação negativa) verificado nos resultados,
além de sua não significância. Carvalho et al., (2004) comentou a importância da análise de
correlação para seleção indireta de constituições genéticas de caracteres de difícil
mensuração. Em geral, avaliações do sistema de raízes das plantas são de difícil execução. Os
resultados obtidos sugerem que o comprimento de raízes foi a variável mais indicada para
selecionar genótipos promissores quanto à tolerância a ácidos orgânicos, porém, as
correlações significativas indicam que as variáveis comprimento de parte aérea e matéria seca
tanto de raízes quanto de parte aérea podem ser utilizadas como critério auxiliar de seleção.
54
CONCLUSÕES
1. Níveis baixos de pH provocam drástica redução no comprimento de raízes e
afetam em menor intensidade o comprimento de parte aérea, matéria seca de raízes e matéria
seca de parte aérea. Estes níveis reduzidos de pH da solução nutritiva contendo ácido acético
promovem reduções no número de raízes e aumento para os demais ácidos estudados.
2. As variáveis comprimento de raízes e comprimento de parte aérea apresentam
mesma variação independente do ácido utilizado. As variáveis matéria seca de raízes, matéria
seca de parte aérea e número de raízes apresentam comportamento dependente do ácido
utilizado.
3. A forma não dissociada dos ácidos avaliados afeta de forma mais elevada o
acúmulo de matéria seca e o número de raízes para os ácidos propiônico e butírico,
respectivamente, em relação aos demais ácidos testados.
4. As variáveis comprimento de parte aérea, matéria seca de raízes e de parte aérea
apresentam correlação com comprimento de raízes sendo utilizadas como critério auxiliar na
determinação da toxidez de ácidos orgânicos causado em arroz.
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57
Tabela 1- Resumo da análise de variância das variáveis comprimento de raízes (CR) e parte
aérea (CPA), número de raízes (NR), e matéria seca de raízes (MSR) e parte aérea (MSPA)
avaliadas em quatro níveis de pH da solução nutritiva contendo os ácidos acético, propiônico
e butírico. Pelotas – RS, 2006.
Quadrados Médios
F.V. G.L.
CR CPA NR MSR MSPA
Ácido
2 0,086 0,852* 0,390* 1,437* 6,385*
Tratamento
3 23,068* 16,813* 0,140 5,728* 8,912*
Ácido x Tratamento
6 0,059 0,128 0,287* 0,758* 0,325*
Resíduo
22 0,120 0,203 0,064 0,050 0,069
Média
3,39 8,42 2,60 4,56 7,73
CV
10,25 5,35 9,71 4,88 3,40
* Significativo ao nível de 5% de probabilidade de erro pelo teste F.
58
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Comprimento de Raízes
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Comprimento de Parte Aérea (cm)
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Número de Raízes
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Matéria Seca de Raízes (mg planta
-1
)
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
pH
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Matéria Seca de Parte Aérea (mg planta
-1
)
6
7
8
9
10
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
pH
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
6
7
8
9
10
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
pH
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
6
7
8
9
10
Ácido Acético Ácido Propiônico
Ácido Butírico
R
2
= 0,92
Y = -11,3 + 4,05.x - 0,25.x
2
R
2
= 0,95
Y = -3,29 + 1,20.x
R
2
= 0,93
Y = -2,90 + 1,15.x
R
2
= 0,83
Y = 2,65 + 1,09.x
R
2
= 0,95
Y = 3,32 + 0,94.x
R
2
= 0,97
Y = 1,84 + 1,14.x
R
2
= 0,57
Y = 1,46 + 0,17.x
R
2
= 0,69
Y = 1,52+0,62.x - 0,072.x
2
R
2
= 0,76
Y = 4,23 - 0,27.x
R
2
= 0,94
Y = -1,22 + 0,98.x
R
2
= 0,93
Y = 1,28 + 0,63.x
R
2
= 0,86
Y = 7,47 - 1,28.x + 0,14.x
2
R
2
= 0,91
Y = 5,73 + 0,52.x
R
2
= 0,95
Y = 8,46 - 1,42.x + 0,21.x
2
R
2
= 0,93
Y = 7,09 - 0,87.x + 0,16.x
2
Figura 1- Parâmetros das equações de regressão e respectivas representações gráficas das
variáveis comprimento de raízes (CR) e parte aérea (CPA), número de raízes (NR), e matéria
seca de raízes (MSR) e parte aérea (MSPA) avaliadas em 4 níveis de pH da solução nutritiva
contendo os ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas – RS, 2006.
59
Tabela 2- Estimativas de correlação de Pearson entre as variáveis comprimento de raízes
(CR), comprimento de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raízes
(MSR) e matéria seca de parte aérea (MSPA) avaliadas em 4 níveis de pH da solução nutritiva
contendo os ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas – RS, 2006.
Variáveis
CR CPA NR MSR MSPA
CR
- 0,903* -0,260 0,814* 0,758*
CPA
- -0,377* 0,705* 0,634*
NR
- -0,203 -0,022
MSR
- 0,795*
MSPA
-
* Significativo ao nível de 5% de probabilidade de erro pelo teste T.
Número de observações = 48.
60
4. TOLERÂNCIA A ÁCIDOS ORGÂNICOS EM GENÓTIPOS DE
ARROZ
(Crop Breeding and Applied Biotechnology – ISSN: 1518-7853)
61
Tolerância a Ácidos Orgânicos em Genótipos de Arroz
Resumo – Os solos do tipo hidromórfico apresentam como característica principal uma
reduzida capacidade de drenagem natural, sendo utilizados principalmente para cultivo de
arroz irrigado. Assim, a ocorrência de condições anaeróbias associada com a presença de
matéria orgânica possibilita o desenvolvimento de microrganismos anaeróbios que produzem
substâncias fitotóxicas. Foram desenvolvidos três trabalhos com o objetivo de avaliar a
resposta de 25 genótipos de arroz a ação fitotóxica dos ácidos acético, propiônico e butírico
produzidos nestas condições. Os trabalhos foram executados em sistema de hidroponia com 4
tratamentos para cada ácido e o delineamento utilizado foi blocos casualizados com 3
repetições por tratamento. As variáveis mensuradas foram comprimento de raízes (CR) e parte
aérea (CPA), número de raízes (NR) e matéria seca de raízes (MSR) e parte aérea (MSPA).
Foram procedidas análise de variância num esquema fatorial, desempenho relativo e ajuste de
regressões. Apenas o efeito de interação entre doses x genótipos para as variáveis CPA, NR e
MSPA nos três experimentos não revelaram significância. O desempenho relativo da variável
CR foi o mais afetado pelos ácidos e as regressões estabelecidas para essa variável revelaram
genótipos tolerantes e sensíveis para tolerância aos ácidos orgânicos, com 6; 6 e 9 genótipos
tolerantes para os ácidos acético, propiônico e butírico respectivamente. Foi constatado ainda
maior número de tolerantes no grupo japonica do que no indica.
Palavras-chave: Oryza sativa; estresse abiótico; fitotoxidez.
Introdução
O incremento na produtividade tem sido o objetivo final da maioria dos programas
de melhoramento genético. Algumas vezes este incremento tem sido obtido pelo
desenvolvimento de constituições genéticas mais produtivas, não devido a melhoramento
62
específico, como resistência a moléstias, por exemplo, mas como resultado de uma maior
eficiência fisiológica geral (Allard, 1999). Contudo, outros caracteres são de interesse como a
qualidade industrial do produto, resistência a pragas e moléstias (estresses bióticos), tolerância
a frio, estiagens, encharcamento, toxidez por ferro ou ácidos orgânicos (estresses abióticos).
A cultura do arroz irrigado tem como característica principal à manutenção de uma
lâmina de água sobre o solo durante a maior parte do seu desenvolvimento, estabelecendo um
ambiente anaeróbio. Esta condição favorece a atividade de microrganismos anaeróbios que
em presença de matéria orgânica promovem sua fermentação (Ponnamperuma, 1965).
Durante a fermentação anaeróbia, formam-se produtos intermediários, entre os quais
destacam-se os ácidos orgânicos alifáticos de cadeia curta e baixo peso molecular, como o
acético, o propiônico e o butírico, que ocorrem usualmente na faixa de concentração de 0,1 a
14 mM (Camargo et al., 1993) e relação de 6:3:1 respectivamente (Bohnen et al., 2002).
Com a introdução dos sistemas de semeadura direta e cultivo mínimo de arroz
irrigado, que prevêem a manutenção de resíduos vegetais sob a superfície do solo, ocorre
maior produção de ácidos orgânicos de cadeia curta, que podem estar limitando o crescimento
e a produtividade do arroz cultivado nesses sistemas (Sousa, 2001). A toxidez por ácidos
orgânicos manifesta-se, nas fases iniciais de desenvolvimento do arroz, por uma menor
germinação, um menor crescimento radicular, menor peso e estatura de plântulas (Sousa e
Bortolon, 2002). Em casos de toxidez mais severa, os prejuízos ao crescimento das plantas
podem se refletir em outras fases, ocorrendo menor afilhamento, menor absorção de
nutrientes e menor rendimento de grãos (Camargo et al., 2001).
A identificação e caracterização da variabilidade genética para o caráter tornam-se
uma excelente alternativa para o melhoramento genético deste cereal. Técnicas de avaliação
de genótipos em ambientes controlados com o uso de soluções nutritivas têm sido
amplamente empregadas para caracterização de genótipos a diversos estresses (Duncan e
63
Baligar, 1990). Enquanto a avaliação de genótipos em ambientes artificiais não leva em
consideração as reais pressões do meio (Duncan e Baligar, 1990), a seleção em ensaios de
campo reúne grande número de variáveis não controladas, tais como tolerâncias diferenciais a
estresses climáticos, bióticos ou nutricionais (Wright, 1989). Correlações significativas entre
parâmetros obtidos em testes de campo e em ambientes artificiais, com solo ou solução
nutritiva são relatados por Bilinski e Foy, (1987) em diferentes espécies de gramíneas. Assim,
uma maneira eficiente de avaliação de genótipos para tolerância a presença de ácidos
orgânicos em meio de cultivo pode ser realizada em sistemas de hidroponia sob condições
controladas.
A identificação de genótipos tolerantes e sensíveis a ácidos orgânicos tornará
possível a realização de estudos genéticos através da aplicação de técnicas de marcadores
moleculares e incorporação de genes em constituições genéticas superiores. A identificação
de marcadores associados a caracteres agronômicos tem sido utilizada para aumentar a
eficiência dos programas de melhoramento na incorporação dos genes responsáveis pela
tolerância em cultivares de alta produtividade, podendo, neste caso, contribuir para o
incremento da área cultivada no sistema de semeadura direta de arroz irrigado, e
conseqüentemente aumentar a produtividade, reduzindo os impactos de ambiente do cultivo
convencional e os custos de produção do cereal.
Os objetivos deste trabalho foram avaliar o desenvolvimento inicial de plântulas de
arroz submetidas à ação fitotóxica dos ácidos acético, propiônico e butírico, comparar o efeito
fitotóxico destes ácidos, determinar a variável mais responsiva a fitotoxidez nas plântulas e
avaliar a variabilidade genética para o caráter tolerância a ácidos orgânicos em arroz.
64
Material e Métodos
Foram realizados três experimentos para verificar a responsividade de 25 genótipos
de arroz frente aos ácidos acético, propiônico e butírico, os quais, segundo Camargo et al.
(1993) são os principais ácidos orgânicos formados pela decomposição anaeróbia da matéria
orgânica durante a fermentação. Os genótipos utilizados pertencem a coleção de trabalho do
Banco de Germoplasma de Arroz do Centro de Genômica e Fitomelhoramento (CGF) da
Universidade Federal de Pelotas. Foram utilizadas cultivares do grupo indica e japonica, e dos
sistemas de cultivo irrigado e sequeiro (Tabela 1).
Os experimentos foram conduzidos em sistema hidropônico onde foram utilizados
potes com capacidade de 5,5 L nos quais foi adaptada uma tela de náilon a tampa de cada pote
permitindo a sustentação das plântulas e o crescimento do sistema radicular para o meio de
cultivo. Os potes permaneceram em tanque tipo “banho maria” com temperatura de 25
+
1 ºC,
aeração da solução nutritiva para suprimento de oxigênio, permitindo o desenvolvimento do
sistema radicular e iluminação artificial controlada.
A concentração da solução nutritiva utilizada foi: Nitrato de cálcio - Ca(NO
3
)
2
4
mM, Sulfato de magnésio – MgSO
4
2 mM, Nitrato de potássio - KNO
3
4 mM, Sulfato de
amônio - (NH4)
2
SO
4
0,435 mM, Fosfato de potássio - KH
2
PO
4
0,5 mM, Acido bórico -
H
3
BO
3
10 µM, Molibdato de sódio - NaMoO
4
0,10 µM, Cloreto de sódio – NaCl 30 µM,
Sulfato de zinco - ZnSO
4
0,8 µM, Sulfato de cobre - CuSO
4
0,3 µM, Sulfato de manganês -
MnSO
4
2 mM, Ferro EDTA – Fe SO
4
+ Na 10 µM (Camargo e Oliveira, 1981).
Para cada experimento 120 sementes de cada cultivar foram postas para germinação
a 25
+
1 ºC por 72 horas em papel filtro embebido em água, das quais foram selecionadas 60
com comprimento de raiz de 5 mm e uniformes para constituir o experimento.
O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com três
repetições, sendo que a unidade experimental consistiu de cinco sementes para cada repetição.
65
Após realização do sorteio, as unidades experimentais foram alocadas nas telas de náilon
adaptadas às tampas dos recipientes de solução hidropônica contendo os tratamentos. Os
tratamentos foram constituídos por quatro concentrações para cada um dos ácidos orgânicos
testados (acético, propiônico e butírico). As concentrações utilizadas foram 0 (testemunha); 4;
8 e 12 mM para ácido acético; 0; 3; 6 e 9 mM para ácido propiônico e 0; 2; 4 e 6 mM para
ácido butírico. O pH foi ajustado para 4,7 com HCl 1N ou NaOH 1N, e monitorado
diariamente, pois o pH da solução nutritiva em experimentos com ácidos orgânicos é variável
e interfere na toxicidade dos ácidos (Rao e Mikkelsen 1977a; Kopp et al 2006).
As plântulas permaneceram em solução nutritiva adicionada dos tratamentos por 14
dias. Após esse período estas plântulas foram retiradas da tela plástica e avaliadas quanto as
seguintes variáveis: comprimento de raiz (CR) e parte aérea (CPA) em cm; número de raízes
(NR); matéria seca de raízes (MSR) e de parte aérea (MSPA) em mg pesadas após secagem
até peso constante em estufa.
Os dados de cada experimento foram submetidos à análise de variância em um
esquema fatorial, cálculo do desempenho relativo de cada variável avaliada e análise de
regressão linear simples da variável mais responsiva segundo técnica proposta por Camargo e
Ferreira (1992) para avaliação da toxicidade por manganês em trigo.
Resultados e Discussão
Os resultados da análise de variância (Tabela 2) revelou, pelo teste F, efeitos
significativos, a 5 % de probabilidade, para doses, genótipos e interações (doses x genótipos),
com exceção do efeito de interação para comprimento de parte aérea (CPA), número de raizes
(NR) e matéria seca de parte aérea (MSPA) nos três experimentos. Estes resultados
demonstram que as cultivares respondem de forma diferencial frente a variação das doses
principalmente para caracteres relacionados ao sistema de raizes.
66
Na Tabela 3 são apresentadas as reduções relativas médias das variáveis CR, CPA,
NR, MSR e MSPA, para cada dose em cada experimento. A maior redução relativa foi
observada para a variável CR, demonstrando ser a mais suscetível à toxicidade para os ácidos
orgânicos testados. Estes resultados concordam com os obtidos por Rao e Mikkelsen (1977b)
em arroz, que constataram que o comprimento de raiz é a variável mais afetada pelos
tratamentos com ácidos orgânicos. A matéria seca de raiz (MSR) também apresentou elevada
redução nos valores com aumento das concentrações utilizadas nos tratamentos. Armstrong e
Armstrong (2001), estudaram os sintomas fisiológicos relacionados à toxidez destes ácidos
em arroz e relataram que estes ácidos causam degradação da parede celular, inibição das
funções respiratórias e conseqüente diminuição da divisão celular do sistema radicular que
está em contato direto com o elemento tóxico, indicando assim, a razão principal para o
menor crescimento radicular e acumulo de matéria seca.
Os resultados da avaliação do desempenho relativo, associados aos resultados da
análise de variância permitem concluir que os genótipos apresentam respostas diferenciais em
relação ao efeito dos tratamentos, devido a suas interações significativas para as variáveis
comprimento de raiz (CR) e matéria seca de raiz (MSR). Desta forma, devem ser ajustadas
equações de regressão linear simples para cada genótipo individualmente, tomando como
variável dependente (y) comprimento de raiz (CR) que foi o que se demonstrou mais
responsivo a ação fitotóxica dos ácidos orgânicos, apresentando maiores índices de redução
(Tabela 3).
As regressões estabelecidas para os três ácidos orgânicos utilizados podem ser
visualizadas na Tabela 4. Os valores relativamente elevados obtidos para os coeficientes de
determinação (R
2
) permitem concluir que o modelo linear simples apresentou um bom ajuste
em relação aos dados observados. No experimento realizado com ácido propiônico, os valores
de (R
2
) expressaram valores abaixo dos obtidos nos outros experimentos, isto pode ser
67
devido, principalmente a três motivos: i) maior erro experimental, ii) escolha inadequada dos
tratamentos, o que causaria um melhor ajuste de regressões de maior grau ou iii) efeito
diferencial do ácido, que causaria reduções diferenciais em determinada faixa de concentração
dentro da faixa escolhida de 0 a 9 mM para ácido propiônico.
Os coeficientes de regressão (b) estimados nos experimentos apresentam valores
médios em ordem crescente para os ácidos acético, propiônico e butírico, respectivamente.
Assim, pode se constatado que os ácidos acético, propiônico e butírico apresentam diferentes
índices de fitotoxidez em plântulas de arroz. As doses utilizadas para constituir os
experimentos foram previamente selecionadas de modo que as reduções relativas da variável
comprimento de raiz (CR) utilizado para ajuste das equações fossem relativamente similares
(Tabela 3). Assim, ácidos com menores doses e que causaram uma mesma redução relativa,
apresentaram maiores coeficientes de regressão, demonstrando serem mais fitotóxicos como o
caso do ácido butírico que na concentração de 6 mM causou redução relativa similar aos
demais ácidos em concentrações superiores. Estes resultados concordam com os obtidos por
Rao e Mikkelsen (1977a) que constataram toxicidade crescente para os ácidos acético,
propiônico e butírico, respectivamente.
Para avaliação da tolerância de cada genótipo foi efetuado um teste t do valor do
coeficiente de regressão (b) de cada genótipo em cada experimento, onde, valores de
coeficientes não significativos determinam genótipos tolerantes, ou seja, coeficientes
significativamente iguais a zero. Segundo os resultados apresentados na Tabela 4, pode-se
constatar que os genótipos 6; 10; 11; 13; 16 e 20 foram os que apresentaram coeficientes de
regressão não significativos para a variável comprimento de raiz quando submetidos a quatro
níveis de ácido acético, totalizando 24% de genótipos tolerantes ao ácido dentro do conjunto
de genótipos utilizados neste estudo. No experimento relativo ao ácido propiônico os
genótipos 4; 6; 16; 18; 20 e 24 se mostraram mais tolerantes. Assim como no experimento
68
relativo ao ácido acético, 24% dos genótipos estudados apresentaram bons índices de
crescimento quando submetidos a tratamentos com ácido propiônico. Os genótipos 4; 6; 10;
11; 13; 16; 18; 20 e 23 se mostraram tolerantes ao ácido butírico, representando 36% dos
genótipos estudados com resposta positiva para o caráter tolerância ao ácido butírico.
A maior quantidade de genótipos tolerantes ao ácido butírico pode ter como base
diversos fatores. A maior pressão exercida pelo maior efeito fitotóxico do ácido butírico pode
ter sido uma das causas que determinaram uma seleção indireta mais eficiente para este ácido.
Outro fator determinante na classificação de genótipos quanto a sua resposta a determinados
estresses é a escolha dos níveis dos tratamentos, ou seja, os tratamentos escolhidos podem não
ter sido de mesma magnitude em dano para as variáveis analisadas que os utilizados para os
outros ácidos. Armstrong e Armstrong (2001) estudando o efeito dos ácidos orgânicos em
arroz relataram que os ácidos causam principalmente degradação das membranas celulares e
perda do conteúdo celular para o meio, além de inibição das funções de translocação de
nutrientes, inibição da fotossíntese, entre outros. Assim, plantas tolerantes devem possuir
genes que confiram maior capacidade de formação de membranas celulares que tolerem estes
ácidos. Entretanto, diferentes efeitos podem ser atribuídos a cada ácido testado, implicando
em danos diferenciais ao sistema de raízes dos genótipos.
Comparando as respostas ao efeito fitotóxico apresentadas na Figura 1 com os
parâmetros obtidos nas equações de regressão (Tabela 4), pode se concluir que os genótipos
que apresentaram coeficientes de regressão (b) com valores significativamente diferentes de
zero foram os genótipos que apresentaram maior inclinação da reta representativa da
regressão linear simples ajustada para cada genótipo em função do aumento da dose de cada
ácido orgânico testado, ou seja, tiveram o comprimento de raiz significativamente reduzido
em relação ao tratamento controle (dose 0 mM).
69
Três genótipos (6; 16 e 20) apresentaram tolerância para os três ácidos testados.
Dois genótipos (4 e 18) apresentaram tolerância aos ácidos propiônico e butírico, enquanto
três genótipos (10; 11 e 13) foram tolerantes aos ácidos acético e butírico. Os demais
genótipos tolerantes responderam positivamente apenas a ação fitotóxica de um ácido.
Baseado nestas observações pode ser possível inferir que os genótipos possivelmente
apresentam mecanismos diferenciais de tolerância para cada um dos ácidos, ou seja, cada
ácido pode agir de maneira diferente em relação ao estresse na planta, o que deve ser
comprovado em estudos futuros.
Associando os resultados dos genótipos tolerantes e sensíveis (Tabela 4) com as
descrições dos genótipos utilizados no estudo (Tabela 1) pode ser constatado que seis dos dez
genótipos que apresentaram tolerância a pelo menos um ácido pertence ao grupo Japonica,
este fato pode ser explicado devido aos genótipos do grupo Japonica utilizados neste trabalho
apresentarem uma maior rusticidade em relação aos genótipos Indica. Em geral, os genótipos
tolerantes a muitos tipos de estresse abiótico são do grupo Japonica, que podem ser utilizados
pelos programas de melhoramento na forma de cruzamentos com cultivares de elevada
produtividade e valor comercial. O cruzamento entre estes dois grupos geralmente acarreta em
recombinações insatisfatórias ao ideotipo focado nos programas de melhoramento de arroz no
Brasil, principalmente no que diz respeito à qualidade de grãos. De forma mais clara, plantas
do grupo Japonica apresentam grãos curtos com baixos teores de amilose, tornando-os
glutinosos durante o processo de cocção. Outro fato que pode ser comprovado, é que todos os
genótipos tolerantes com exceção do BRS-Bonança, pertencem ao sistema de cultivo de
irrigação por inundação. Provavelmente o processo de melhoramento de genótipos sob
sistema de inundação propiciou um ambiente com maiores concentrações de ácidos orgânicos,
e desta maneira, uma seleção indireta para o caráter pode ter sido decisiva para que um maior
número de genótipos tolerantes fosse evidenciado dentro deste grupo de cultivares.
70
A utilização dos genótipos tolerantes ao efeito fitotóxico dos ácidos orgânicos em
programas de melhoramento poderá contribuir de maneira substancial no desenvolvimento de
cultivares com maior germinação e estabelecimento inicial de plântulas na lavoura de arroz
irrigado sob semeadura direta ou cultivo mínimo. Isto reduziria significativamente os custos
de produção e danos ambientais advindos do sistema de semeadura convencional de arroz,
bem como aumentaria a produtividade final do cereal consideravelmente.
Conclusões
As variáveis comprimento de raiz e matéria seca de raiz em genótipos de arroz, são
as mais afetadas pelo efeito fitotóxico dos ácidos orgânicos Os ácidos acético, propiônico e
butírico apresentam índices de fitotoxidez em ordem crescente, respectivamente.
Há variabilidade genética para o caráter tolerância a ácidos orgânicos nos genótipos
de arroz utilizados. As cultivares Toride 1, CICA 8, Daw Dam, Rusip, Delmont e Taipei
apresentam bom desempenho quando submetidas a estresse por ácido acético. As cultivares
Nippombare, Toride 1, Delmont, Oryzica, Taipei e Awini são as que revelam melhor
desempenho quando submetidas a estresse por ácido propiônico. E para ácido butírico, as
cultivares Nippombare, Toride 1, CICA 8, Daw Dam, Rusip, Delmont, Oryzica, Taipei e
BRS-Bonança apresentam melhores resultados.
Todos os genótipos classificados em pelo menos um dos ácidos testados pertencem
ao grupo de genótipos desenvolvidos em sistema de irrigação por inundação, com exceção do
genótipo BRS-Bonança que tem seu sistema de cultivo tradicionalmente de sequeiro. Grande
parte dos genótipos tolerantes pertencem ao grupo Japonica.
71
Organic Acids Tolerance in Rice Genotypes
Abstract – Hydromorphic soils present as main feature a reduced natural drainage ability,
being mostly used for growing irrigated rice. Thus, the occurrence of anaerobic conditions
associated to the presence of organic matter enables the development of anaerobic
microorganisms that produce phytotoxic substances. Three experiments were performed
aiming to evaluate the response of 25 rice genotypes to the phytotoxic action of acetic,
propionic and butyric produced under these conditions. The experiments were carried out in
hydroponic system with four treatments for each acid and the experimental design used was
randomized blocks with three replications. The measured variables were root (CR) and shoot
(CPA) length, number of roots (NR) and root (MSR) and shoot (MSPA) dry matter. An
analysis of variance was performed as factorial scheme, relative performance and regression
adjustments. The effect of treatments for the variable NR in the experiment with acetic acid
and the interaction effect between treatment vs. families for the variables CPA, NR and
MSPA in the three experiments did not reveal significance. The relative performance of the
variable CR was the most affected by the acids and the regressions established for this
variable showed tolerant and sensitive genotypes for organic acid tolerance, with 6; 6 and 9
tolerant genotypes for acetic, propionic and butyric acid, respectively. It was observed a
higher number of tolerant genotypes in the japonica than in the indica group.
Key words: Oryza sativa; abiotic stress; phytotoxicity.
72
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75
Tabela 1. Descrição dos 25 genótipos de arroz estudados em solução nutritiva com 4
concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2006.
N° Genótipo Grupo Sistema de Cultivo
1 Tokiwa Nishiki Japonica Sequeiro
2 Supremo - 1 Indica Irrigado
3 Gohykuman Goku Japonica Sequeiro
4 Nippombari Japonica Irrigado
5 Texmont Indica Irrigado
6 Toride 1 Japonica Irrigado
7 BRS-Firmeza Japonica Irrigado
8 BRS-Pelota Indica Irrigado
9 Caloro Indica Sequeiro
10 CICA 8 Indica Irrigado
11 Daw Dam Japonica Irrigado
12 Taquari Japonica Irrigado
13 Rusip Japonica Irrigado
14 IAS 12-9 Formoza Japonica Irrigado
15 Yamada Nishiki Japonica Sequeiro
16 Delmont Japonica Irrigado
17 IAC – 47 Indica Sequeiro
18 Oryzica Indica Sequeiro
19 Diamante Japonica Sequeiro
20 Taipei Japonica Irrigado
21 IPSL – 462 Indica Sequeiro
22 Jaguarí – ESAV/IAMG – 19 Indica Sequeiro
23 BRS-Bonança Japonica Sequeiro
24 Awini Japonica Irrigado
25 BRS 7-Taim Indica Irrigado
76
Tabela 2. Análise de variância, médias e coeficiente de variação (C.V.) para as variáveis
crescimento de raízes (CR) e parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raiz
(MSR) e de parte aérea (CPA) de 25 genótipos de arroz, estudados em solução nutritiva com 4
concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2006.
Quadrados Médios
Ácido
F.V G.L.
CR CPA NR MSR MSPA
Genótipos
24 3,21 * 3,77 * 11,97 *
0,39 * 4,19 *
Doses 3 867,84 * 838,88 * 2,50 * 117,82 *
401,92 *
Interação 72 1,29 * 0,47 0,060
0,36 * 0,21
Resíduo 198 0,090 0,66 0,31 0,032 0,24
Média 7,79 13,86 3,60 3,74 9,50
Acético
C.V.
3,84 5,88 15,45 4,79 5,14
Genótipos
24 0,84 * 3,43 * 12,97 *
0,82 * 2,66 *
Doses 3 832,18 * 750,89 * 19,08 *
82,60 * 573,86 *
Interação 72 0,85 * 0,45 0,075 0,38 * 0,26
Resíduo 198 0,34 0,74 0,34 0,035 0,29
Média 7,79 13,91 3,76 3,49 8,99
Propiônico
C.V.
7,45 6,17 15,59 5,43 5,98
Genótipos
24 2,97 * 2,94 * 12,02 *
0,26 * 4,05 *
Doses 3 884,17 * 805,14 * 7,79 * 86,29 * 402,91 *
Interação 72 1,37 * 0,53 0,059 0,18 * 0,30
Resíduo 198 0,23 0,75 0,32 0,045 0,35
Média 7,86 13,83 3,64 3,59 9,65
Butírico
C.V.
6,08 6,28 15,43 5,92 6,12
* Significativo ao nível de 5% de probabilidade de erro pelo teste F.
77
Tabela 3. Desempenho relativo (%) das variáveis comprimento de raiz (CR) e parte aérea
(CPA), número de raízes (NR) e matéria seca de raiz (MSR) e parte aérea (MSPA), para os
níveis dos tratamentos utilizados nos experimentos com ácidos acético, propiônico e butírico.
Pelotas-RS, 2006.
Desempenho relativo (%)
Tratamento
Variáveis
Ácido Acético Ácido Propiônico
Ácido Butírico
CR 76,7 76,0 78,9
CPA 87,1 84,3 84,6
NR 98,9 98,9 99,1
MSR 83,9 82,5 90,2
Dose 1
MSPA 86,7 85,2 89,0
CR 55,8 54,6 55,9
CPA 70,7 74,0 73,0
NR 108,4 106,0 103,1
MSR 65,2 71,5 70,4
Dose 2
MSPA 70,6 62,5 74,0
CR 32,4 34,1 32,4
CPA 56,6 57,3 56,0
NR 108,8 130,2 119,0
MSR 43,2 46,1 47,9
Dose 3
MSPA 56,1 48,9 56,2
* Reduções relativas tomando como referencial o valor absoluto no tratamento testemunha (dose 0 mM).
78
Tabela 4. Parâmetros das equações de regressão linear: interceptação no eixo y (a),
coeficiente de regressão (b) e coeficiente de determinação (R
2
) dos 25 genótipos de arroz
estudados em solução nutritiva com 4 concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico
para a variável comprimento de raiz (CR). Pelotas-RS, 2006.
Ácido acético Ácido propiônico Ácido butírico
Genótipo
a b R
2
a b R
2
a b R
2
1 12,18
-0,70 0,94 12,18 -0,92 0,92 12,22 -1,41 0,98
2 11,78
-0,68 0,93 12,14 -0,96 0,98 11,97 -1,40 0,87
3 11,97
-0,69 0,90 12,05 -0,91 0,88 12,01 -1,38 0,88
4 11,42
-0,66 0,88 11,65 -0,85* 0,92 11,63 -1,24* 0,91
5 12,30
-0,77 0,82 12,10 -0,93 0,77 12,34 -1,54 0,85
6 11,41
-0,49* 0,98 11,07 -0,64* 0,87 11,47 -0,87* 0,90
7 11,92
-0,74 0,94 11,88 -0,92 0,83 11,96 -1,49 0,83
8 12,28
-0,71 0,96 12,44 -0,96 0,78 12,48 -1,43 0,91
9 12,28
-0,75 0,86 12,02 -0,92 0,93 12,32 -1,52 0,83
10 11,35
-0,62* 0,86 11,21 -0,88 0,85 11,56 -1,31* 0,84
11 11,72
-0,44* 0,92 11,12 -0,86 0,82 11,77 -0,98* 0,90
12 11,73
-0,69 0,91 11,72 -0,88 0,94 11,94 -1,41 0,89
13 11,97
-0,53* 0,92 11,27 -0,71 0,90 12,04 -1,07* 0,92
14 11,99
-0,73 0,96 12,16 -0,94 0,82 12,20 -1,49 0,98
15 11,72
-0,62 0,79 11,94 -0,92 0,85 11,76 -1,45 0,87
16 11,38
-0,61* 0,82 10,97 -0,81* 0,80 11,59 -1,40* 0,84
17 12,06
-0,78 0,93 12,19 -1,00 0,79 12,10 -1,56 0,95
18 11,16
-0,67 0,98 11,07 -0,83* 0,86 11,36 -1,36* 0,88
19 11,76
-0,68 0,91 11,47 -0,85 0,84 11,81 -1,36 0,91
20 11,65
-0,46* 0,98 11,07 -0,64* 0,81 11,65 -0,91* 0,96
21 11,49
-0,65 0,84 11,46 -0,85 0,77 11,53 -1,42 0,82
22 11,45
-0,70 0,92 11,24 -0,90 0,94 11,63 -1,42 0,88
23 11,52
-0,67 0,90 11,42 -0,93 0,97 11,56 -1,35* 0,91
24 10,98
-0,63 0,87 11,56 -0,86* 0,92 11,18 -1,39 0,87
25 12,17
-0,75 0,90 12,05 -1,12 0,76 12,21 -1,51 0,98
* Não significativo pelo teste t ao nível de 5 % de probabilidade de erro para o modelo de regressão em 4 níveis
de tratamento.
79
Níveis Ácido Acético (mM)
0 2 4 6 8 10 12
Comprimento de Raízes (cm)
2
4
6
8
10
12
14
D
a
w
D
a
m
I
A
C
-
4
7
Daw Dam - y = 11,72 - 0,44.x R
2
= 0,92
IAC - 47 - y = 12,06 - 0,78.x R
2
= 0,93
Níveis Ácido Propiônico (mM)
0 3 6 9
Comprimento de Raízes (cm)
2
4
6
8
10
12
14
T
o
r
i
d
e
1
B
R
S
7
-
T
a
i
m
Toride 1 - y = 11,07 - 0,64.x R
2
= 0,87
BRS 7-Taim - y = 12,05 - 1,12.x R
2
= 0,76
Níveis Ácido Butírico (mM)
0 1 2 3 4 5 6
Comprimento de Raízes (cm)
2
4
6
8
10
12
14
T
o
r
i
de
1
I
A
C
-
4
7
Toride 1 - y = 11,47 - 0,87.x R
2
= 0,90
IAC - 47 - y = 12,10 - 1,56.x R
2
= 0,95
Figura 1. Efeito das concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico sobre o
crescimento de raízes dos genótipos mais contrastantes em cada ácido testado. Pelotas-RS,
2006.
80
5. RESPOSTA DE CULTIVARES DE ARROZ AO EFEITO
FITOTÓXICO INTERATIVO DOS ÁCIDOS ACÉTICO, PROPÔNICO E
BUTÍRICO
(Bragantia – ISSN: 0006-8705)
81
RESPOSTA DE CULTIVARES DE ARROZ AO EFEITO FITOTÓXICO
INTERATIVO DOS ÁCIDOS ACÉTICO, PROPÔNICO E BUTÍRICO
RESUMO: O objetivo do trabalho foi avaliar a resposta de 20 genótipos de arroz aos ácidos
acético, propiônico e butírico, compostos fitotóxicos produzidos em solos de deficiente
drenagem e alto teor de matéria orgânica. O trabalho foi executado em sistema de hidroponia
com quatro doses (0; 3; 6 e 9 mM) dos ácidos na relação 6:3:1 acético, propiônico e butírico,
respectivamente. O delineamento utilizado foi blocos casualizados com 3 repetições num
esquema fatorial. As variáveis mensuradas foram comprimento de raízes (CR) e parte aérea
(CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raízes (MSR) e parte aérea (MSPA), teor de
fósforo (P) e de potássio (K). Foram procedidas análise de variância, ajuste de regressões e
correlação. Os efeitos de interação entre doses x genótipos para as variáveis CR, CPA, P e K
revelaram significância. A variável CR foi a mais afetada pelos ácidos e as regressões
estabelecidas para as variáveis CR, CPA, P e K revelaram dois genótipos com estabilidade de
crescimento radicular três com estabilidade de crescimento de parte aérea, quatro no teor de
fósforo e três no teor de potássio frente ao estresse por ácidos orgânicos. Genótipos de maior
rusticidade e desenvolvidos para sistema de irrigação por inundação se mostraram mais
tolerântes aos ácidos.
Palavras-chave: Estresse abiótico, ácidos orgânicos, Oryza sativa, fitotoxidez
RICE CULTIVAR RESPONSE TO THE INTERACTIVE PHYTOTOXIC EFFECT
OF ACETIC, PROPIONIC AND BUTYRIC ACIDS
ABSTRACT: The objective of this work was to evaluate the response of 20 rice genotypes to
acetic, pripionic and butyric acid, a phytotoxic compounds produced in low drainage soils
82
with high organic matter content. This work was performed in hydroponics with four acid
doses (0; 3; 6 e 9 mM) and 6:3:1 relationship acetic, propionic and butyric acids respectively.
A factorial random block design with three replications was applied. The variables measured
were root (CR) and shoot (CPA) length, number of roots (NR), root (MSR) and shoot
(MSPA) dry matter, phosphorus (P) and potassium (K) content. Analyses of variance,
regression and correlation fitting were performed. Significance for the interaction (genotype
vs. dose) was found only for CR, CPA, P and K. The variable CR was the most influenced by
the acids and the regression stablished for the variables CR, CPA, P and K revealed two
genotypes with root length stability, tree with shoot length stability, four with phosphorus
content and tree with potassium content stability front to organic acid stress. Genotypes with
higher rusticity and developed for irrigated systems were more tolerant.
Key words: Abiotic stress, organic acids, Oryza sativa, phytotoxicity
INTRODUÇÃO
O arroz é um dos três principais cereais em importância econômica e social em nível
mundial. O Brasil é o principal produtor fora do continente asiático com 1,86% da produção
mundial, e o Rio Grande do Sul é responsável por aproximadamente 50% desta produção
(G
OMES
e M
AGALHÃES
J
R
, 2004). Além destes fatores, o arroz é hoje estudado de maneira
mais avançada devido a seu papel como genoma modelo para outras espécies (D
EVOS
e
G
ALE
,
2000; I
RGSP
, 2005). O melhoramento genético desta espécie permitiu incremento significativo
na sua produtividade, no entanto este incremento está apresentando ganhos cada vez mais
lentos e dispendiosos. Assim, o estudo de caracteres de interesse como qualidade industrial do
produto, resistência a pragas e moléstias (estresses bióticos), tolerância a frio, estiagens,
encharcamento, toxidez por alumínio ou ácidos orgânicos (estresses abióticos), se torna
fundamental para melhoria da eficiência de ganho genético da espécie.
83
A Região Sul do Brasil apresenta uma área de 6,8 milhões de hectares constituída por
solos hidromórficos, representando 20% da área total do estado do Rio Grande do Sul (P
INTO
et al., 2004). Nestes solos, a maioria das espécies cultivadas tem seu desenvolvimento e
produção prejudicados devido à má drenagem natural que provoca um ambiente anaeróbico
(P
ONNAMPERUMA
, 1972). Como a cultura do arroz irrigado tem como característica principal
a manutenção de uma lâmina de água sobre o solo durante a maior parte do seu
desenvolvimento, o O
2
presente é consumido e os microorganismos anaeróbios passam a atuar
produzindo elevada quantidade de produtos intermediários fitotóxicos, dentre os quais
destacam-se os ácidos orgânicos alifáticos de baixo peso molecular (acético, propiônico e
butírico), que ocorrem na faixa de concentração de 0,1 a 14 mM (G
OTOH
e O
NIKURA
, 1971;
C
AMARGO
et al., 1993; A
NGELES
et al., 2005) e relação de 6:3:1, respectivamente (B
OHNEN
et
al., 2005).
Quanto maior o tamanho da cadeia de carbonos maior é sua fitotoxidez (R
AO
e
M
IKKELSEN
, 1977a; A
NGELES
et al., 2005). K
OPP
et al. (2007a) demonstraram que uma
concentração de 10 mM de cada ácido reduziu o crescimento radicular de arroz em torno de
44 % com ácido acético, 70 % propiônico e 77 % para o butírico, demonstrando a maior
fitotoxidade do ácido butírico.
Com a introdução dos sistemas de semeadura direta e cultivo mínimo de arroz
irrigado, que prevêem a manutenção de resíduos vegetais sob a superfície do solo, ocorre
maior produção de ácidos orgânicos de cadeia curta, que podem estar limitando o crescimento
e a produtividade do arroz cultivado nesses sistemas (J
OHNSON
et al., 2006). A toxidez por
ácidos orgânicos manifesta-se, nas fases iniciais de desenvolvimento do arroz, por uma menor
germinação, um menor crescimento radicular, menor peso e altura de plântulas (S
OUSA
e
B
ORTOLON
, 2002). Em casos de toxidez mais severa, os danos podem se refletir em outras
84
fases, ocorrendo menor afilhamento, menor absorção de nutrientes e menor rendimento de
grãos (C
AMARGO
et al., 2001).
A identificação e caracterização da variabilidade genética para tolerância a ácidos
orgânicos, são de fundamental importância para obtenção de genótipos de arroz promissores
para utilização em programas de melhoramento genético. Técnicas de avaliação de genótipos
em ambientes controlados com o uso de soluções nutritivas têm se mostrado eficientes para
estudos de variabilidade pois diminuem o número de variáveis não controladas, tais como
tolerâncias diferenciais a estresses climáticos, bióticos ou nutricionais (D
UNCAN
e B
ALIGAR
,
1990). Assim, uma maneira eficiente de avaliação de genótipos para tolerância a presença de
ácidos orgânicos em meio de cultivo pode ser realizada em sistemas de hidroponia sob
condições controladas.
K
OPP
et al. (2007b) identificaram variabilidade genética para tolerância a ácidos
orgânicos em aveia, no entanto para arroz ainda não existe descrita variabilidade passível de
utilização pelos programas de melhoramento. A identificação de genótipos tolerantes a
estresse abiótico se torna importante para estudos de variabilidade genética, função, regulação
e ação gênica, devido às novas tecnologias (S
REENIVASULU
et al., 2007), além de serem
utilizados na incorporação de genes em cultivares superiores por métodos de recombinação ou
transformação (K
AHL
e L
AVI
, 2001). A incorporação de genes responsáveis pela tolerância
aos ácidos orgânicos em cultivares de alta produtividade, poderá contribuir para o incremento
da área cultivada no sistema de semeadura direta de arroz irrigado, e conseqüentemente,
aumentar a produtividade, reduzindo os impactos ambientais do cultivo convencional e os
custos de produção do cereal.
Os objetivos deste trabalho foram avaliar o desenvolvimento inicial e absorção de
fósforo e potássio de genótipos de arroz submetidas à ação fitotóxica dos ácidos acético,
85
propiônico e butírico, determinar a variável mais responsiva a fitotoxidez nas plântulas e
identificar variabilidade genética para o caráter tolerância aos ácidos em arroz.
MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi realizado no Laboratório de Di-haplóides e Hidroponia do Centro de
Genômica e Fitomelhoramento (CGF) da Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel da
Universidade Federal de Pelotas (UFPel), localizado no município de Pelotas - RS. Foram
utilizados 20 genótipos de arroz os quais foram submetidos a quatro doses de ácidos
orgânicos. Os genótipos utilizados pertencem a coleção de trabalho do Banco de
Germoplasma de Arroz do CGF/UFPel. Foram utilizadas cultivares do grupo indica e
japonica, e dos sistemas de cultivo irrigado e sequeiro e de diversas origens de lançamento
(Tabela 1).
O experimento foi conduzido em sistema hidropônico segundo metodologia descrita
por K
OPP
et al. (2007a) onde foram utilizados potes com capacidade de 5,5 L nos quais foi
adaptada uma tela de náilon a tampa de cada pote permitindo a sustentação das plântulas e o
crescimento do sistema radicular para o meio de cultivo. Os potes permaneceram em tanque
tipo “banho-maria” com temperatura de 25
+
1 ºC, aeração da solução nutritiva para
suprimento de oxigênio, permitindo o desenvolvimento do sistema radicular e iluminação
artificial controlada.
A concentração da solução nutritiva utilizada foi: Nitrato de cálcio - Ca(NO
3
)
2
4 mM,
Sulfato de magnésio – MgSO
4
2 mM, Nitrato de potássio - KNO
3
4 mM, Sulfato de amônio -
(NH4)
2
SO
4
0,435 mM, Fosfato de potássio - KH
2
PO
4
0,5 mM, Acido bórico - H
3
BO
3
10 µM,
Molibdato de sódio - NaMoO
4
0,10 µM, Cloreto de sódio – NaCl 30 µM, Sulfato de zinco -
ZnSO
4
0,8 µM, Sulfato de cobre - CuSO
4
0,3 µM, Sulfato de manganês - MnSO
4
2 mM, Ferro
EDTA – Fe SO
4
+ Na 10 µM (C
AMARGO
e O
LIVEIRA
, 1981).
86
Para constituição das parcelas experimentais, 180 sementes de cada cultivar foram
desinfetadas com hipoclorito de sódio 10 % e postas para germinação a 25
+
1 ºC por 72 horas
em papel filtro embebido em água, das quais foram selecionadas 120 com comprimento de
raiz de 5 mm e uniformes para constituir o experimento.
As doses foram constituídas por quatro concentrações da mistura dos ácidos acético,
propiônico e butírico na relação de 6:3:1 respectivamente. As concentrações utilizadas foram
0 (testemunha); 3; 6 e 9 mM. O pH foi ajustado para 4,7 com HCl 1N ou NaOH 1N, e
monitorado diariamente, pois segundo R
AO
e M
IKKELSEN
(1977); K
OPP
et al. (2007c) o pH da
solução nutritiva em experimentos com ácidos orgânicos é variável e interfere na toxicidade
dos ácidos.
O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com três
repetições num esquema fatorial, sendo que a unidade experimental consistiu de dez sementes
para cada repetição. Após realização do sorteio, as unidades experimentais foram alocadas nas
telas de náilon adaptadas às tampas dos recipientes de solução hidropônica contendo os
tratamentos.
As plântulas permaneceram em solução nutritiva adicionada aos tratamentos por 14
dias. Após esse período elas foram retiradas da tela de náilon e avaliadas quanto as seguintes
caracteres: comprimento de raiz (CR) e parte aérea (CPA) em cm; número de raízes (NR);
matéria seca de raízes (MSR) e de parte aérea (MSPA) em mg pesadas após secagem até peso
constante em estufa com circulação de ar a 60°C e teor de fósforo (P) e potássio (K) em g Kg
-
1
determinados segundo metodologia descrita por T
EDESCO
et al. (1995).
Os dados relativos às variáveis mensuradas foram submetidos à análise de variância
em um modelo fatorial, considerando dose e genótipo como fatores fixos. Os efeitos da
interação entre estes fatores foram testados na análise de regressão linear, pela significância
dos distintos graus do polinômio em função dos diferentes níveis do fator dose (quantitativo),
87
sendo apresentados na forma de gráficos individuais para cada genótipo. Também foi
executado teste de correlação simples de Pearson entre as variáveis mensuradas. Todas as
análises foram realizadas com o software estatístico SAS (S
TATISTICAL
A
NALYSIS
S
YSTEM
,
2002).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados da análise de variância (Tabela 2) mostraram, pelo teste F, efeitos
significativos, ao nível de 5 % de significancia, para dose, em todas as variáveis mensuradas,
efeito de genótipo para as variáveis CR, CPA, NR, P e K e interação (dose x genótipo), para
as variáveis CR, CPA, P e K. Estes resultados permitem concluir que os genótipos apresentam
respostas diferenciais em relação ao efeito crescente das concentrações de ácidos orgânicos,
devido a suas interações significativas para as variáveis CR, CPA, P e K, o que implica na
necessidade de decomposição de seus efeitos simples.
Estas respostas diferenciais em relação ao crescimento de raízes (CR) e parte aérea
(CPA) e teores de fósforo (P) e potássio (K) frente as variações crescentes de concentrações
de ácidos orgânicos ao qual estão submetidos os genótipos indicam haver variabilidade
genética quanto a insensibilidade a estes ácidos. O fato de ter sido constatada também
significância para a fonte de variação “genótipo” demonstra que existe também diferenças em
relação à magnitude média destas variáveis para cada genótipo independente da sua resposta.
Assim, os genótipos descritos como tolerantes neste trabalho foram aqueles que se
demonstraram insensíveis a toxicidade por ácidos orgânicos, mesmo que suas médias não
tenham sido elevadas. Estes genótipos foram assim escolhidos em virtude da maior
possibilidade de possuírem genes responsáveis pela manutenção da capacidade celular em
manter o crescimento de raízes (CR) e parte aérea (CPA) e teores de fósforo (P) e potássio (K)
mediante a presença do elemento tóxico.
88
A análise prosseguiu de modo a verificar a variação nas variáveis CR, CPA, P e K dos
genótipos nos diferentes níveis de ácidos orgânicos empregados, utilizando análise de
regressão, sendo então fixado o fator genótipo. Para estas variáveis, com a aplicação das
equações de regressão linear, foram obtidos os parâmetros até o terceiro grau do polinômio,
representados pelos valores de quadrado médio e a respectiva significância do polinômio na
Tabela 3.
As equações de regressão com o devido ajuste do coeficiente de determinação (R
2
)
estão apresentadas nas Figuras 1, 2, 3 e 4 para as variáveis comprimento de raízes e parte
aérea e teores de fósforo e potássio, respectivamente. As doses utilizadas para constituir o
experimento foram previamente selecionadas com base nos estudos de R
AO
e M
IKKELSEN
(1977b); S
OUSA
e B
ORTOLON
(2002) e C
AMARGO
et al. (1993) de modo que as reduções
relativas no desenvolvimento radicular fossem em torno de 50% na dose mais elevada. Pode
ser observado que, de maneira geral, os resultados concordam com os trabalhos supra citados,
no entanto, existem genótipos com reduções superiores a 50% no crescimento de raízes e
genótipos com praticamente nenhuma redução no comprimento radicular. Para a absorção de
fósforo e potássio, pode ser observado que, para nenhum genótipo ocorreram reduções em
níveis de 50% na dose de 9 mM, assim, reduções no comprimento radicular não implicam em
reduções de mesma magnitude nos teores destes nutrientes.
Ao analisar o comportamento dos genótipos frente ao crescimento de raizes (Figura 1),
pode ser verificado que para o genótipo Lemont o maior grau de polinômio significativo que
explica a variação da variável foi cúbico. Neste caso parece haver uma estabilidade inicial na
absorção do nutriente, até a dose de 3 mM, seguida de uma redução significativa entre as
doses de 3 e 6 mM, estabilizando novamente sua absorção em valores reduzidos de absorção
entre as doses de 6 e 9 mM. Os genótipos Caloro, Yonaochi, Fanny, IAS 12-Formosa,
CICA-8, Mazs, Guichow, IR-39379 e BRS 6-Chuí, apresenteram melhor ajuste de regressão
89
quadrática, e nestes casos observa-se que para doses reduzidas de ácidos orgânicos ocorre
menor decréscimo no comprimento de raízes com elevada redução nas doses mais elevadas
principalmente a partir de 6 mM dos ácidos. Os genótipos que apresentaram variação
significativa com regressão linear foram IAC-47, Oryzica, BRS-Pelota, Supremo 1,
Gbegbbete, Gose Yonkoku, IRGA 420 e BRS 7 Taim, com reduções constantes para as faixas
de doses utilizadas no trabalho.
Para a variável comprimento de parte aérea (Figura 2), nenhum genótipo apresentou
ajuste de regressão cúbica, sendo que os genótipos Guichow e IR-39379 com regressão
quadrática, demonstraram que a maior redução no crescimento de parte aérea ocorreu em
doses mais elevadas, com praticamente nenhuma redução entre as doses de 0 e 6 mM. Já os
genótipos IAC-47, Oryzica, Caloro, BRS-Pelota, Supremo-1, Fanny, IAS 12-Formosa,
Lemont, CICA-8, Mazs, Dawn, IRGA-420, BRS 6-Chuí, Toride-1 e BRS 7-Taim
apresentaram regressão linear, igualmente com variação significativa, porém nestes casos com
variações constatntes para as três doses (3; 6 e 9 mM) utilizadas no experimento.
Para a variável teor de fósforo (Figura 3), os genótipos IAC-47, Oryzica, BRS-Pelota,
CICA-8 e Gose Yonkoku com regressão quadrática, demonstraram que a maior redução na
absorção deste nutriente ocorreu em doses mais reduzidas, praticamente estabilizando a
absorção nas dose de 6 e 9 mM. Já os genótipos Caloro, Supremo-1, Fanny, IAS 12-Formosa,
Lemont, Mazs, Guichow, IR-39379, IRGA-420, BRS 6-Chuí e Toride-1 apresentaram
regressão linear, igualmente com variação significativa, e constantes nas três doses utilizadas
no experimento.
Ao analisar o comportamento dos genótipos frente a absorção de potássio (Figura 4),
pode ser verificado que neste caso, para os genótipos IAC-47 e Supremo-1 o maior grau de
polinômio significativo que explica a variação da variável foi cúbico com estabilidade inicial
na absorção do nutriente, até a dose de 3 mM, seguida de uma redução significativa entre as
90
doses de 3 e 6 mM, estabilizando novamente sua absorção entre valores de 6 e 9 mM. Os
genótipos Guichow e BRS 7-Taim, apresenteram melhor ajuste de regressão quadrática, e
nestes casos observa-se que para doses reduzidas de ácidos orgânicos ocorre maior
decréscimo na absorção do elemento potássio estabilizando a sua absorção em doses mais
elevadas. Já o genótipo Gose Yonkoku que também apresentou regressão com grau de
polinômio quadrática, nota-se que em doses reduzidas o genótipo se mostra insensível ao
efeito fitotóxio dos ácidos orgânicos, reduzindo sua absorção em doses mais elevadas,
principalmente entre 6 e 9 mM. Os genótipos que apresentaram variação significativa com
regressão linear foram Oryzica, Caloro, BRS-Pelota, Yonaochi, Fanny, IAS 12-Formosa,
Lemont, CICA-8, Mazs, Gbegbbete, IR-39379 e BRS 6-Chuí para estes casos, assim como
ocorreu na absorção de fósforo, pode ser constatado que as reduções na absorção de potássio
foram constante para as faixas de doses utilizadas no trabalho.
Como ainda não existe na literatura a descrição de níveis de redução para considerar
um genótipo tolerante, ou mesmo, não existem ainda descritos genótipos já classificados
como tolerantes ou sensíveis para serem utilizados como testemunhas, foram considerados
tolerantes os genótipos que se demonstraram insensíveis as concentrações utilizadas, ou seja,
aqueles cujas médias não alteraram significativamente com a elevação das doses utilizadas.
Os dados apresentados na Figura 1, permitem concluir que para a variável
comprimento de raízes, os genótipos Dawn e Toride 1 não apresentaram variação significativa
quando submetidos aos níveis de tratamento utilizados. Os dados demonstram que até a
concentração de 9 mM da mistura dos ácidos utilizados, estes genótipos mantem seu nível de
crescimento radicular constante com médias de 10,31 e 9,09 cm, respectivamente.
Para comprimento de parte aérea, foi determinado outro grupo de genótipos com
tolerância as concentrações de ácidos orgânicos. Para esta variável, os genótipos Yonaochi,
91
Gbegbbete e Gose Yonkoku foram os que apresentaram insensibilidade a toxidez por ácidos
orgânicos, com médias de 23,92; 20,21 e 18,83 cm, respectivamente.
Para a variável teor de fósforo (Figura 3), os genótipos Yonaochi, Gbegbbete, Dawn e
BRS 7-Taim não apresentaram variação significativa quando submetidos aos níveis de
tratamento utilizados. Os dados demonstram que até a concentração de 9 mM da mistura dos
ácidos utilizados, estes genótipos mantem seu nível de absorção de fósforo constante com
médias de 11,77; 11,58; 11,08 e 11,61 g Kg
-1
respectivamente.
Frente a absorção de potássio (Figura 4), os genótipos com tolerância as concentrações
de ácidos orgânicos. Para esta variável, os genótipos Dawn, IRGA-420 e Toride-1 foram os
que apresentaram insensibilidade a toxidez por ácidos orgânicos, com médias de 55,08; 54,96
e 56,56 g Kg
-1
respectivamente.
Cabe reinterar que os genótipos citados como tolerântes, não necessáriamente
apresentam elevado potencial no desempenho das variáveis análisadas, mas sim, elevada
capacidade em manter seu patamar genético de crescimento ou teor de nutrientes.
A
RMSTRONG
e A
RMSTRONG
(2001) estudando o efeito dos ácidos orgânicos em arroz
relataram que os ácidos causam principalmente degradação das membranas celulares e perda
do conteúdo celular para o meio. Estes autores relatam ainda que plantas tolerantes devem
possuir genes que confiram maior capacidade de formação de membranas celulares que
tolerem estes ácidos. Ao se realizar uma análise nas Figuras 1, 2, 3 e 4 pode ser constatado
que os genótipos tolerantes, não necessariamente são também os genótipos com maior
desempenho para as variáveis analisadas. Ou seja, de maneira geral, são genótipos com
capacidade limitada de crescimento de raízes e parte aérea e teores de fósforo e potássio, mas
que possivelmente possuem genes que mantém a viabilidade celular através da manutenção de
suas membranas, garantindo a estabilidade no desempenho das variáveis frente a ação das
doses de ácidos.
92
Este fato pode ser constatado tambem, analisando os valores de intercepto de cada
genótipo, onde se percebe grande variabilidade genética para crescimento radicular na
ausência de ácidos orgânicos na solução hidroponica (dose 0 mM). Os valores de crescimento
radicular na ausência de ácidos varia entre valores de 9,09 cm (genótipo Toride 1) até 14,82
cm (genótipo IAC-47), o genótipo com menor crescimento de raízes na ausência de ácidos
orgânicos (Toride 1) é tambem um dos que se demonstrou insensível ao efeito fitotoxico dos
ácidos. Já para a variável comprimento de parte aérea, verifica-se que ocorre uma menor
variação proporcional, com 18,83 cm para o genótipo Gose Yonkoku e 25,13 cm para o
genótipo Dawn, neste caso, nota-se também que o genótipo com menor crescimento de raízes
na ausência de ácidos orgânicos (Gose Yonkoku) é tambem um dos que se demonstrou
insensível ao efeito fitotoxico dos ácidos. Para o teor de fósforo na ausência de ácidos varia
entre valores de 17,98 g Kg
-1
genótipo IAC-47 até 11,08 g Kg
-1
genótipo Dawn, neste caso,
nota-se que o genótipo com menor absorção de fósforo na ausencia de ácidos orgânicos
(Dawn) é tambem um dos que se demonstrou insensível ao efeito fitotoxico dos ácidos. Na
variável teor de potássio, verifica-se que ocorre uma menor variação proporcional, com 68,29
g Kg
-1
para o genótipo IAC-47 e 53,72 g Kg
-1
para o genótipo Gbegbbete, neste caso ambos
sensíveis ao efeito fitotóxico da mistura dos ácidos, indicando que os genótipos tolerantes
apresentam níveis médios de teor de potássio, mesmo na ausência de ácidos (dose 0 mM).
Os resultados médios obtidos demonstram uma redução em torno de 44,5% no
comprimento radicular, 24,5% no comprimento de parte aérea, 35 % no teor de P e 15% no
teor de K quando avaliados todos genótipos na dose de 9 mM. R
AO
e M
IKKELSEN
(1977b) em
estudo similar, porém trabalhando com os ácidos isoladamente e na dose de 10 mM, relataram
reduções no comprimento radicular de 29,7; 43,2 e 45,0%, no comprimento de parte aérea de
4,6; 20,6 e 34,4%, no teor de fósforo de 30; 45 e 70% e nos teores de potássio de 5; 10 e 35%
para os ácidos acético, propiônico e butírico, respectivamente. Interpolando os valores do
93
trabalho de R
AO
e M
IKKELSEN
(1977b) e comparando com os resultados obtidos neste
trabalho, pode se constatar maior toxicidade quando os ácidos são adicionados conjuntamente
aos tratamentos. No entanto, futuros estudos poderão comprovar de maneira mais efetiva este
efeito sinérgico entre os ácidos utilizados.
Segundo A
RMSTRONG
e A
RMSTRONG
(2001) a variável mais afetada pelo efeito dos
ácidos orgânicos em arroz é o comprimento radicular, uma vez que o efeito fisiológico
responsável pela toxicidade se caracteriza pelo rompimento das membranas do sistema
radicular e extravasamento do conteúdo celular onde os ácidos estão em contato direto com os
tecidos. A seleção de genótipos para determinados caracteres pode ser feita indiretamente
através da análise de variáveis de mais fácil mensuração desde que apresentem correlações
significativas (B
ENIN
et al., 2003). Assim, se existir correlação significativa entre crescimento
radicular e outra variável que apresente variação significativa, seria possível a identificação de
genótipos tolerântes mediante a utilização de mais de uma variável simultaneamente sem
prejuizo no resultado da análise.
A análise da correlação simples de Pearson (Tabela 4), demonstrou que todas as
variáveis analisadas apresentaram correlações significativas entre si. A variável NR
apresentou correlação negativa com todas as outras variáveis analisadas, pois está variável foi
a única que sofreu acréscimos no seu valor frente ao estresse. As demais variáveis
apresentaram correlações positivas e significativas entre si, demonstrando terem o mesmo
comportamento generalizado, ou seja, reduções nos valores médios de uma variável são
acompanhadas de reduções similares nas demais variáveis correlacionadas no grupo dos 20
genótipos estudados. Assim, além das variáveis CR, CPA, P e K as demais podem ser
utilizadas simultaneamente na análise pois apresentam variação significativa para a fonte de
variação “dose” e correlação significativa com as variáveis que apresentam interação (dose x
genótipo) significativa. No entanto, não deve ser descartada a possibilidade de seleção
94
baseada em aviações independentes entre cada variável, pois podem ocorrer mecanismos
genéticos diferenciais responsáveis pela tolerância de genótipos frente ao estresse (Y
ANG
et
al., 2000).
Associando os resultados dos genótipos tolerantes com as suas descrições apresentadas
na Tabela 1 pode ser constatado que um genótipo índico e um japonico apresentaram
estabilidade no crescimento radicular, já quando avaliado o crescimento de parte aérea, os três
genótipos tolerantes pertencem ao grupo japonico e tanto genótipos índicos quanto japonicos
apresentaram estabilidade nos teores de P e K frente ao efeito dos ácidos orgânicos. Porém,
outro fato que pode ser comprovado, é que a maioria dos genótipos tolerantes ao estresse,
pertencem ao sistema de cultivo de irrigação por inundação. Provavelmente o processo de
melhoramento de genótipos sob sistema de inundação propiciou um ambiente com maiores
concentrações de ácidos orgânicos, e desta maneira, uma seleção indireta para o caráter pode
ter sido decisiva para que um maior número de genótipos tolerantes fosse evidenciado dentro
deste grupo de cultivares.
A
RMSTRONG
e A
RMSTRONG
(2001) estudando o efeito dos ácidos orgânicos em arroz
relataram que plantas tolerantes devem possuir genes que confiram maior capacidade de
formação de membranas celulares que tolerem estes ácidos. Assim, os genótipos japonicos
descritos como tolerantes, ainda que, pertençam ao sistema de cultivo de sequeiro são acessos
de coleções nucleares de germoplasma com elevada rusticidade. Em geral, os genótipos de
maior rusticidade são tolerantes a muitos tipos de estresse bióticos e abióticos em virtude
principalmente de sua capacidade diferencial na constituição e formação do sistema
membranário (H
INCHA
e H
AGEMANN
, 2004). Assim, estes genótipos do grupo japonica,
podem ser utilizados pelos programas de melhoramento na forma de cruzamentos com
cultivares de elevada produtividade e valor comercial. Porém, o cruzamento entre estes dois
grupos geralmente acarreta em recombinações insatisfatórias ao ideótipo focado nos
95
programas de melhoramento de arroz no Brasil, principalmente no que diz respeito à
qualidade de grãos (M
AGALHÃES
J
R
et al., 2004). De forma mais clara, plantas do grupo
japonica apresentam grãos curtos com baixos teores de amilose, tornando-os glutinosos
durante o processo de cocção.
A utilização dos genótipos tolerantes ao efeito fitotóxico dos ácidos orgânicos em
programas de melhoramento poderá contribuir de maneira substancial no desenvolvimento de
cultivares com maior germinação e estabelecimento inicial de plântulas na lavoura de arroz
irrigado sob plantio direto ou cultivo mínimo. Isto reduziria significativamente os custos de
produção e danos ambientais advindos do sistema de semeadura convencional de arroz, bem
como aumentaria a produtividade final do cereal consideravelmente.
CONCLUSÕES
Doses de até 9 mM da mistura dos ácidos acético, propiônico e butírico na relação de
6:3:1, respectivamente, causam reduções eficientes para estudos de variabilidade genética em
arroz.
Há variabilidade genética para crescimento radicular e de parte aérea, teor de fósforo e
potássio no grupo de genótipos de arroz quando submetidos ao efeito fitotóxico dos ácidos
orgânicos.
As cultivares Dawn e Toride 1 apresentam estabilidade no crescimento de raízes, as
cultivares Yonaochi, Gbegbbete e Gose Yonkoku apresentam estabilidade no crescimento de
parte aérea, as cultivares Yonaochi, Gbegbbete, Dawn e BRS 7-Taim estabilidade no teor de
fósforo e as cultivares Dawn, IRGA-420 e Toride-1 estabilidade no teor de potássio quando
submetidas a níveis crescentes de ácidos orgânicos.
96
Genótipos do grupo japonico e do sistema de cultivo por irrigação tem melhor
desempenho no crescimento de raízes e de parte aérea e teores de fósforo e potássio quando
submetidos ao estresse por ácidos orgânicos.
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100
Tabela 1. Relação das cultivares, grupo e sistema de cultivo dos acessos utilizados no estudo
de tolerância à toxicidade por ácidos orgânicos. Pelotas-RS, 2007
Genótipo
Cultivar Grupo Sistema cultivo
1 IAC – 47 Indico Sequeiro
2 Oryzica Indico Sequeiro
3 Caloro Indico Sequeiro
4 BRS – Pelota Indico Irrigado
5 Yonaochi Japonico
Sequeiro
6 Supremo – 1 Indico Irrigado
7 Fanny Indico Sequeiro
8 IAS 12 – Formosa
Japonico
Irrigado
9 Lemont Indico Irrigado
10 CICA – 8 Indico Irrigado
11 Mazs Indico Irrigado
12 Gbegbbete Japonico
Sequeiro
13 Guichow Japonico
Irrigado
14 IR – 39379 Indico Irrigado
15 Gose Yonkoku Japonico
Sequeiro
16 Dawn Japonico
Irrigado
17 IRGA – 420 Indico Irrigado
18 BRS 6 – Chui Indico Irrigado
19 Toride – 1 Japonico
Irrigado
20 BRS 7 – Taim Indico Irrigado
101
Tabela 2. Resumo da análise de variância, médias e coeficiente de variação (C.V.) para as
variáveis comprimento de raiz (CR) e de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria
seca de raiz (MSR) e de parte aérea (MSPA), teor de fósforo (P) e de potássio (K) de 20
cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com quatro concentrações dos ácidos
acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2007
Quadrados Médios
F.V. G.L.
CR CPA NR MSR MSPA P K
Genótipo
3 5,39323 * 26,45225 * 4,14069 * 0,01176 0,04526 18,90* 160,40*
Doses
19 303,5334 * 237,8707 * 48,64856 * 53,06299 * 136,2333 * 274,91* 326,81*
Interação
57 3,07240 * 3,75094 * 0,61302 0,00203 0,00426 3,68* 6,41*
Resíduo
158 1,42742 2,65198 0,55971 0,30151 0,58542 2,50 3,75
Média
9,47 19,61 5,25 4,33 8,45 12,42 56,55
C.V.
12,61 8,30 14,26 12,70 9,06 12,72 3,43
* Significativo ao nível de 5% de probabilidade de erro pelo teste F.
102
Tabela 3. Resumo da análise de variância do modelo de regressão para as variáveis
comprimento de raiz (CR) e de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria seca de
raiz (MSR) e de parte aérea (MSPA), teor de fósforo (P) e de potássio (K) de 20 cultivares de
arroz, estudadas em solução nutritiva com quatro concentrações dos ácidos acético,
propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2007
Quadrado Médio
CR CPA
Grau do Polinômio Grau do Polinômio
Genótipo
Linear Quadrática
Cúbica Linear Quadrática
Cúbica
IAC – 47 146,672* 3,102 0,176 34,752* 0,961 0,093
Oryzica 47,470* 2,351 0,254 28,321* 0,175 0,018
Caloro 76,614* 13,670* 0,926 23,358* 0,059 0,125
BRS – Pelota 57,991* 2,017 1,021 27,701* 0,108 0,060
Yonaochi 48,461* 10,000* 0,534 2,077 0,014 0,017
Supremo – 1 55,539* 5,486 1,324 26,991* 0,141 0,72E
-3
Fanny 55,639* 6,391* 0,824 34,256* 0,527 2,95E
-3
IAS – Formosa 63,882* 8,604* 0,737 44,853* 0,917 1,839
Lemont 12,362* 0,186 5,176* 36,679* 0,500 0,542
CICA – 8 35,426* 7,263* 0,13E
-3
42,731* 2,257 0,068
Mazs 87,636* 16,725* 0,201 34,041* 1,005 0,66E
-5
Gbegbbete 18,360* 0,549 2,431 10,174 0,870 5,00E
-5
Guichow 33,031* 20,424* 1,246 79,626* 11,544* 6,660
IR – 39379 50,478* 14,804* 0,684 72,469* 11,691* 4,262
Gose Yonkoku 26,925* 1,958 0,941 1,579 0,055 0,013
Dawn 1,560 3,84E
-5
0,025 251,864* 0,219 0,101
IRGA – 420 46,400* 3,134 1,385 26,631* 0,37E
-3
0,136
BRS 6 – Chui 49,149* 9,615* 0,204 36,234* 0,556 0,020
Toride – 1 4,011 3,01E
-3
0,665 31,349* 0,333 0,012
BRS 7 – Taim 21,259* 1,474 0,351 34,438* 1,326 0,053
P K
Grau do Polinômio Grau do Polinômio
Genótipo
Linear Quadrática
Cúbica Linear Quadrática
Cúbica
IAC – 47 81,5734* 17,6661* 0,1325 198,0167* 3,3708 24,8327*
Oryzica 49,1053* 16,4736* 1,3380 16,6743* 0,7752 2,5256
Caloro 61,4689* 9,1351 0,1804 34,0808* 0,2581 5,1275
BRS – Pelota 30,3597* 13,4408* 2,4241 16,2240* 1,4840 0,0167
Yonaochi 3,0872 0,2269 0,0037 15,1303* 0,1027 0,1206
Supremo – 1 22,6566* 0,2977 0,3241 22,5584* 1,7710 20,6155*
Fanny 31,7554* 6,1204 0,3604 99,8976* 9,5765 0,5881
IAS – Formosa 36,4728* 8,8065 0,1460 16,1409* 2,3585 3,9732
Lemont 35,6202* 6,9769 0,8906 71,0682* 8,9441 0,3082
CICA – 8 64,4185* 10,4347* 1,5328 151,5906* 6,3511 5,2274
Mazs 25,3500* 3,2240 0,0060 101,7904* 0,1180 6,8344
Gbegbbete 7,6255 0,0397 0,2627 85,0374* 2,1760 1,3771
Guichow 14,5731* 0,7057 1,5073 56,0860* 30,1784* 0,3635
IR – 39379 13,7569* 4,5757 1,5392 67,1407* 4,6501 5,7722
Gose Yonkoku 69,9408* 12,6075* 7,3220 68,6084* 13,1043* 0,2561
Dawn 4,9594 1,0267 0,1170 9,1885 0,2640 0,4403
IRGA – 420 105,4435* 6,4827 7,0589 13,2070 4,8514 1,4570
BRS 6 – Chui 84,7995* 3,9331 0,0040 47,5794* 3,2970 0,0432
Toride – 1 129,0080* 4,9152 2,6209 9,2434 0,2002 0,0120
BRS 7 – Taim 6,8885 0,9130 0,0421 52,0988* 20,1502* 0,3792
* Significativo ao nível de 5% de probabilidade de erro pelo teste F.
103
Tabela 4. Coeficientes de correlação de Pearson entre as variáveis comprimento de raiz (CR)
e de parte aérea (CPA), número de raízes (NR), matéria seca de raiz (MSR) e de parte aérea
(MSPA), teor de fósforo (P) e de potássio (K), de 20 cultivares de arroz, estudadas em solução
nutritiva com quatro concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS,
2007
CR CPA NR MSR MSPA P K
CR
0,48* -0,46* 0,82* 0,69* 0,62* 0,37*
CPA
-0,26* 0,53* 0,72* 0,39* 0,54*
NR
-0,54* -0,53* -0,41* -0,29*
MSR
0,77* 0,79* 0,38*
MSPA
0,55* 0,51*
P
0,40*
* Significativo ao nível de 5% de probabilidade de erro pelo teste t.
Número de observações = 240.
104
0 3 6 9
Comprimento
Raízes (cm)
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
Comprimento
Raízes (cm)
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
Comprimento
Raízes (cm)
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
Comprimento
Raízes (cm)
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
Doses (mM)
0 3 6 9
Comprimento
Raízes (cm)
4
6
8
10
12
14
16
Doses (mM)
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
Doses (mM)
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
Doses (mM)
0 3 6 9
4
6
8
10
12
14
16
IAC - 47
y = 14,82 - 1,04x
R
2
= 0,86
Oryzica
y = 12,94 - 0,59x
R
2
= 0,78
Caloro
y = 12,30 + 0,31x - 0,12x
2
R
2
= 0,82
BRS - Pelota
y = 12,95 - 0,66x
R
2
= 0,71
Yonaochi
y = 11,96 + 0,31x - 0,10x
2
R
2
= 0,96
Supremo - 1
y = 12,47 - 0,64x
R
2
= 0,71
Fanny
y = 11,59 + 0,09x - 0,08x
2
R
2
= 0,89
IAS 12 - Formosa
y = 11,48 + 0,16x - 0,09x
2
R
2
= 0,73
Lemont
y = 11,36 + 1,11x - 0,48x
2
+ 0,04x
3
R
2
= 0,55
CICA - 8
y = 11,33 + 0,27x - 0,09x
2
R
2
= 0,85
Mazs
y = 11,20 + 0,37x - 0,13x
2
R
2
= 0,88
Gbegbbete
y = 11,55 - 0,37x
R
2
= 0,57
Guichow
y = 10,53 + 0,81x - 0,14x
2
R
2
= 0,79
IR - 39379
y = 10,49 + 0,50x - 0,12x
2
R
2
= 0,81
Gose Yonkoku
y = 10,97 - 0,45x
R
2
= 0,76
Dawn
y = Média = 10,31
IRGA - 420
y = 10,82 - 0,59x
R
2
= 0,75
BRS 6 - Chui
y = 10,24 + 0,29x - 0,10x
2
R
2
= 0,95
Toride - 1
y = Média = 9,09
BRS 7 - Taim
y = 10,36 - 0,40x
R
2
= 0,58
Figura 1. Representação gráfica, ajuste das equações de regressão e coeficientes de determinação (R
2
) da variável comprimento de raízes (CR)
das 20 cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com quatro concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2007.
104
105
0 3 6 9
Comprimento
Parte Aérea (cm)
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
Comprimento
Parte Aérea (cm)
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
Comprimento
Parte Aérea (cm)
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
Comprimento
Parte Aérea (cm)
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
Doses (mM)
0 3 6 9
Comprimento
Parte Aérea (cm)
12
14
16
18
20
22
24
26
Doses (mM)
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
Doses (mM)
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
Doses (mM)
0 3 6 9
12
14
16
18
20
22
24
26
IAC - 47
y = 22,98 - 0,51x
R
2
= 0,77
Oryzica
y = 21,71 - 0,46x
R
2
= 0,55
Caloro
y = 21,55 - 0,42x
R
2
= 0,71
BRS - Pelota
y = 22,01 - 0,45x
R
2
= 0,41
Yonaochi
y = Média = 23,92
Supremo - 1
y = 22,10 - 0,45x
R
2
= 0,76
Fanny
y = 21,72 - 0,50x
R
2
= 0,51
IAS 12 - Formosa
y = 20,69 - 0,58x
R
2
= 0,32
Lemont
y = 20,93 - 0,52x
R
2
= 0,83
CICA - 8
y = 23,72 - 0,56x
R
2
= 0,78
Mazs
y = 21,19 - 0,50x
R
2
= 0,33
Gbegbbete
y = Média = 20,21
Guichow
y = 19,40 + 0,21x - 0,11x
2
R
2
= 0,77
IR - 39379
y = 19,59 + 0,25x - 0,11x
2
R
2
= 0,73
Gose Yonkoku
y = Média = 18,83
Dawn
y = 25,13 - 1,37x
R
2
= 0,98
IRGA - 420
y = 21,38 - 0,44x
R
2
= 0,80
BRS 6 - Chui
y = 22,86 - 0,52x
R
2
= 0,68
Toride - 1
y = 21,71 - 0,48x
R
2
= 0,67
BRS 7 - Taim
y = 22,60 - 0,51x
R
2
= 0,74
Figura 2. Representação gráfica, ajuste das equações de regressão e coeficientes de determinação (R
2
) da variável comprimento de parte aérea
(CPA) das 20 cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com quatro concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS,
2007.
105
106
0 3 6 9
Teor de Fósforo (g Kg
-1
)
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
Teor de Fósforo (g Kg
-1
)
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
Teor de Fósforo (g Kg
-1
)
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
Teor de Fósforo (g Kg
-1
)
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
Doses (mM)
0 3 6 9
Teor de Fósforo (g Kg
-1
)
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
Doses (mM)
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
Doses (mM)
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
Doses (mM)
0 3 6 9
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
IAC - 47
y = 17,98 - 1,99x + 0,13x
2
R
2
= 0,76
Oryzica
y = 16,13 - 1,77x + 0,13x
2
R
2
= 0,81
Caloro
y = 17,21 - 0,67x
R
2
= 0,71
BRS - Pelota
y = 16,80 - 1,53x + 0,12x
2
R
2
= 0,56
Yonaochi
y = Média =11,77
Supremo - 1
y = 12,40 - 0,41x
R
2
= 0,47
Fanny
y = 14,34 - 0,49x
R
2
= 0,62
IAS 12 - Formosa
y = 16,49 - 0,52x
R
2
= 0,38
Lemont
y = 14,42 - 0,51x
R
2
= 0,54
CICA - 8
y = 17,86 - 1,62x + 0,10x
2
R
2
= 0,81
Mazs
y = 16,42 - 0,43x
R
2
= 0,42
Gbegbbete
y = Média = 11,58
Guichow
y = 12,93 - 0,33x
R
2
= 0,32
IR - 39379
y = 12,37 - 0,32x
R
2
= 0,25
Gose Yonkoku
y = 17,44 - 1,774x + 0,11x
2
R
2
= 0,81
Dawn
y = Média = 11,08
IRGA - 420
y = 14,80 - 0,88x
R
2
= 0,77
BRS 6 - Chui
y = 17,28 - 0,79x
R
2
= 0,86
Toride - 1
y = 16,21 - 0,98x
R
2
= 0,77
BRS 7 - Taim
y = Média = 11,61
Figura 3. Representação gráfica, ajuste das equações de regressão e coeficientes de determinação (R
2
) da variável teor de fósforo (P) das 20
cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com quatro concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2007.
106
107
0 3 6 9
Teor de Potássio (g Kg
-1
)
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
Teor de Potássio (g Kg
-1
)
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
Teor de Potássio (g Kg
-1
)
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
Teor de Potássio (g Kg
-1
)
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
Doses (mM)
0 3 6 9
Teor de Potássio (g Kg
-1
)
45
50
55
60
65
70
Doses (mM)
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
Doses (mM)
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
Doses (mM)
0 3 6 9
45
50
55
60
65
70
IAC - 47
y = 68,29 + 2,68x - 1,13x
2
+ 0,08x
3
R
2
= 0,83
Oryzica
y = 61,19 - 0,35x
R
2
= 0,28
Caloro
y = 56,28 - 0,50x
R
2
= 0,38
BRS - Pelota
y = 61,30 - 0,35x
R
2
= 0,36
Yonaochi
y = 61,82 - 0,33x
R
2
= 0,30
Supremo - 1
y = 57,57 + 3,04x - 1,02x
2
+ 0,07x
3
R
2
= 0,83
Fanny
y = 65,31 - 0,86x
R
2
= 0,72
IAS 12 - Formosa
y = 59,71 - 0,35x
R
2
= 0,26
Lemont
y = 59,93 - 0,73x
R
2
= 0,68
CICA - 8
y = 60,76 - 1,06x
R
2
= 0,86
Mazs
y = 62,19 - 0,87x
R
2
= 0,72
Gbegbbete
y = 53,72 - 0,79x
R
2
= 0,78
Guichow
y = 54,85 - 2,23x + 0,18x
2
R
2
= 0,76
IR - 39379
y = 54,65 - 0,71x
R
2
= 0,71
Gose Yonkoku
y = 55,12 + 0,33x - 0,12x
2
R
2
= 0,75
Dawn
y = Média = 55,08
IRGA - 420
y = Média = 54,96
BRS 6 - Chui
y = 61,49 - 0,59x
R
2
= 0,52
Toride - 1
y = Média = 56,56
BRS 7 - Taim
y = 59,89 - 1,92x + 0,14x
2
R
2
= 0,85
Figura 4. Representação gráfica, ajuste das equações de regressão e coeficientes de determinação (R
2
) da variável teor de potássio (K) das 20
cultivares de arroz, estudadas em solução nutritiva com quatro concentrações dos ácidos acético, propiônico e butírico. Pelotas-RS, 2007.
107
108
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A região sul do Brasil apresenta uma área de 6,8 milhões de hectares
constituídos por solos do tipo hidromórfico, representando 20% do estado do Rio
Grande do Sul (PINTO et al., 2004), tendo seu sistema de cultivo alicerçado na
cultura de arroz e na criação extensiva de gado (PORTO, 1997). A exploração
econômica dessa região com a diminuição do tempo de pousio e falta de rotação e
sucessão de culturas, tem inviabilizado extensas áreas a cada ano, principalmente
pela infestação com arroz daninho e degradação das características físicas do solo
(PORTO, 1997). O sistema de plantio direto, só é realizado em 5,46% da área
cultivada de arroz no Rio Grande do Sul (IRGA, 2006). Este sistema preconiza
acréscimos de produtividade, redução dos impactos ambientais do cultivo
convencional e redução dos custos de produção.
Nestes tipos de solo, a formação de uma condição anaeróbia, propicia a
fermentação de resíduos orgânicos ocorrendo produção de substância fitotóxicas
como os ácidos orgânicos alifáticos de baixo peso molecular, reprentados
principalmente pelos ácidos acético, propiônico e butírico (SOUSA e BORTOLON,
2002). Tais substâncias podem estar limitando o desenvolvimento e produtividade
final de culturas já implantadas nestas regiões como o arroz ou outras culturas com
potencial para participação de sistemas de rotação e sucessão (CAMARGO et al.,
2001).
ARMSTRONG e ARMSTRONG (2001) estudando o efeito dos ácidos
orgânicos em arroz relataram que os ácidos causam principalmente degradação das
membranas celulares e perda do conteúdo celular para o meio. De modo geral, os
efeitos dos ácidos podem ser o resultado de lesões causadas ao tecido
meristemático da radícula (CHOU e PATRICK, 1976) ou de inibição à respiração
(ROBSON e TAYLOR, 1974), o que deve resultar em inibição da divisão celular. Por
109
outro lado, essas fitotoxinas são inibidores de funções mitocondriais, incluindo o
desacoplamento da fosforilação oxidativa, assim como do transporte de metabólitos
e de enzimas glicolíticas solúveis no citossol, e as ligadas a endomembranas, como
as responsáveis pela síntese de polissacarídeos e a ATPase (ANGELES et al.,
2005). CAMARGO et al. (2001) citaram que ácidos orgânicos causaram o efluxo de
íons inorgânicos e material orgânico para o meio externo, o que implica a
danificação da integridade da plasmalema. A geração de energia metabólica e
funcionalidade da ATPase ligada à membrana celular são pré-requisitos para
manutenção celular (ANGELES et al., 2005). Assim, a expressão de genes
responsáveis pela tolerância a ácidos orgânicos deve estar fundamentada na
capacidade de formação de determinadas membranas celulares, o que ainda deve
ser melhor estudado.
Os programas de melhoramento de arroz no Brasil têm atingido destacado
progresso no desenvolvimento de germoplasma e, ao longo dos anos, novas
cultivares aumentaram a produtividade de grãos no país. Entretanto, se por um lado
essa atividade tem sido de importância estratégica para o desenvolvimento do arroz
no Brasil (AZAMBUJA et al., 2004), por outro, o desenvolvimento de novas cultivares
é um processo oneroso e que demanda muito tempo, recursos e mão-de-obra,
especialmente quando envolve caracteres fortemente influenciados pelo ambiente.
Como se trata de um processo contínuo e extremamente complexo, quaisquer
modificações metodológicas que o simplifiquem são extremamente importantes.
Hoje, o novo desafio é potencializar a base genética vegetal utilizada nos programas
de melhoramento, visando ao eficiente e eficaz uso de genes e de produtos da sua
expressão. Com a disponibilização de genes com função conhecida e sua inserção
em cultivares modernas e adaptadas as condições edafo-climáticas no sul do Brasil,
será possível um grande e rápido avanço para obtenção de tolerância a estresses
ambientais, principalmente tolerância aos ácidos orgânicos gerados durante os
processos fermentativos no solo, implicando em incremento na área cultivada sob
sistema de semeadura direta e cultivo mínimo.
Após a substituição das cultivares tradicionais, de porte alto, pelas
modernas, de porte baixo, alta produtividade, com folhas eretas, alto afilhamento e
intensa resposta à adubação nitrogenada na década de 70, têm-se verificado que,
apesar de todo o esforço despendido na condução dos programas de melhoramento
110
de arroz irrigado, os ganhos genéticos, principalmente quanto à produtividade,
quando obtidos, são de pequena magnitude (CASTRO et al., 1999).
O esforço do melhoramento, principalmente do arroz irrigado, com o passar
dos anos tem levado ao desenvolvimento de variedades de alto rendimento que são,
via de regra oriundas de cruzamentos entre poucas linhagens e/ou cultivares
modernas geneticamente relacionadas. Isto tem levado a um estreitamento da base
genética das populações utilizadas no melhoramento e como conseqüência o
estabelecimento de patamares de produtividade. No caso específico do arroz
irrigado do Brasil, uma estreita variabilidade tem sido observada (GUIDOLIN, 1993;
MALONE et al., 2006), sendo que apenas 10 genitores contribuem com 68% do
conjunto gênico das variedades cultivadas (RANGEL et al., 1996). Considerando as
cultivares mais semeadas nos principais estados produtores de arroz irrigado,
constata-se que sete constituições genéticas são mais freqüentes nos pedigrees e
são responsáveis por 70% dos genes (RANGEL et al., 1996). Tal situação de alta
uniformidade genética pode trazer sérias conseqüências não só a orizicultura do
estado do Rio Grande do Sul, mas também a produção brasileira de arroz.
A identificação de variabilidade é um dos primeiros passos para dar partida
a um programa de melhoramento visando a obtenção de genótipos superiores para
determinado caráter. O melhoramento visando a obtenção de genótipos tolerantes
ao efeito fitotóxico dos ácidos orgânicos seria de fundamental interesse em regiões
onde ocorre tal condição.
Técnicas de avaliação de genótipos em ambientes controlados com o uso
de soluções nutritivas tem sido amplamente utilizados para caracterização de
genótipos a diversos estresses (DUNCAN e BALIGAR, 1990). Enquanto a avaliação
de genótipos em ambientes artificiais não leva em consideração as reais pressões
do meio (DUNCAN e BALIGAR, 1990), a seleção em ensaios de campo reúne
grande número de variáveis não controladas, tais como tolerâncias diferenciais a
estresses climáticos, bióticos ou nutricionais (WRIGHT, 1989). Correlações
significativas entre parâmetros obtidos em testes de campo e em ambientes
artificiais, com solo ou solução nutritiva são relatados por BILINSKI e FOY, (1987)
em diversas gramíneas. Assim, uma maneira eficiente de avaliação de genótipos
para tolerância a presença de ácidos orgânicos em meio de cultivo pode ser
realizada em sistemas de hidroponia sob condições controladas.
111
A identificação de genótipos tolerantes e sensíveis a ácidos orgânicos
tornará possível a realização de estudos de prospecção de genes através da
aplicação de técnicas de marcadores moleculares e incorporação de genes em
cultivares superiores. A identificação de marcadores associados a caracteres
agronômicos é utilizada para aumentar a eficiência dos programas de melhoramento
na incorporação dos genes responsáveis pela tolerância em cultivares de alta
produtividade (KANAMORI et al., 2004). Isto contribuiria para o incremento da área
cultivada no sistema de semeadura direta de arroz irrigado, e conseqüentemente
aumentaria a produtividade, reduzindo os impactos ambientais do cultivo
convencional e os custos de produção do cereal.
Os resultados apresentados nesta tese possibilitarão um maior
conhecimento das metodologias utilizadas no estudo de tolerância a ácidos
orgânicos mediante a utilização de sistema de hidroponia. A utilização de sistemas
de hidroponia na caracterização de genótipos para tolerância a ácidos orgânicos é
uma metodologia rápida e eficiente, e os resultados obtidos nos experimentos 1 e 2
desta tese descrevem de maneira geral uma metodologia eficaz em caracterizar
genótipos com tolerância a ácidos orgânicos. Estes experimentos descrevem a
metodologia de condução do experimento, doses utilizadas, principais variáveis
utilizadas na determinação do caráter, efeito de pH da solução dentre outras.
Já os experimentos 3 e 4 se caracterizam pela aplicação dos resultados
obtidos nos dois primeiros experimentos na caracterização de grupo de genótipos.
Estes experimentos permitiram a caracterização dos genótipos quanto a suas
respostas em relação ao estresse por ácidos orgânicos, com resultados dos efeitos
simples dos três principais ácidos produzidos pela fermentação da matéria orgânica
do solo (acético, propiônico e butírico) e do efeito interativo destes mesmos ácidos.
De maneira geral os resultados indicam que genótipos do grupo japônica e sistema
de cultivo de irrigação por inundação apresentam melhores índices de tolerância ao
estresse.
A utilização do material caracterizado nesta tese também poderá contribuir
para os estudos de ação gênica e de expressão genética da tolerância a ácidos
orgânicos. Assim, com os adventos da biotecnologia, o entendimento dos processos
genômicos se tornará uma excelente ferramenta para complementar os trabalhos do
melhoramento convencional. Para isto, o arroz apresenta uma série de caracteres
propícios, a exemplo do pequeno tamanho de seu genoma, o que o credencia a ser
112
a planta-modelo das monocotiledôneas (GOFF et al., 2002; YU et al., 2002).
Recentemente foi anunciado o seqüênciamento completo do genoma do arroz
(IRGSP, 2005). Entretanto, mais de 50% das seqüências geradas pelos projetos de
seqüenciamento do genoma do arroz ainda não possuem função conhecida.
Portanto, a determinação da função específica de cada um dos 20mil a 40mil genes
preditos é, sem dúvida, o próximo desafio da genética vegetal. Devido ao fato do
arroz ser a maior fonte de alimento da metade da população do mundo (FAO, 2006),
fica evidente que compreender o seu genoma é uma tarefa que terá um impacto
incalculável na agricultura no século XXI.
Para formação de uma população segregante com vistas a estudos
genéticos de expressão gênica ou mapeamento genético, os resultados obtidos no
experimento 3, sugerem os cruzamentos: Daw Dam x IAC-47 para ácido acético,
Toride-1 x BRS 7-Taim para ácido propiônico e Toride-1 x IAC-47 para ácido
butírico. Com o mesmo objetivo, o experimento 4 sugere o cruzamento entre dois
grupos de cultivares: grupo 1 (Dawn, Toride-1, Gose Yonkoku, Gbegbbete,
Yonaochi, BRS 7-Taim e IRGA-420) x grupo 2 (IAC-47, Fany, Mazs, Caloro, Oryzica,
BRS-Pelota, Supremo-1, IAS 12-Formosa, Lemont, CICA-8, Guichow, IR-39379 e
BRS 6-Chuí). Estes cruzamentos sempre priorizam a formação de população
segregante altamente contrastante para o caráter.
A ocorrência de genótipos contrastantes para o caráter será de fundamental
importância para estudos futuros no melhoramento genético do cereal (BOYER,
1982). A utilização destes genótipos em programas de melhoramento propiciará a
obtenção de constituições genéticas com elevado potencial produtivo e com
características de interesse na adoção ao sistema de semeadura direta, pois
poderão ser desenvolvidos genótipos com melhores características germinativas em
solos com elevados teores de ácidos orgânicos.
O conhecimento da herança de um caráter é de fundamental importância
para a escolha dos métodos de seleção que serão empregados no manejo das
populações segregantes, predição do ganho genético e pressão de seleção
(CARVALHO et al., 2001). Os resultados desta tese indicam que a tolerância a
ácidos orgânicos é, de maneira geral, encontrada em genótipos da subespécie
japônica, enquanto que os tipo índica se demonstram mais sensíveis ao estresse. O
cruzamento entre estes dois grupos acabam gerando recombinações insatisfatórias
ao ideotipo focado nos programas de melhoramento de arroz no Brasil,
113
principalmente no que diz respeito à tolerância a ácidos orgânicos combinada com a
qualidade de grãos (MAGALHÃES Jr et al., 2003; 2004). De forma mais clara,
plantas com tolerância aos ácidos orgânicos apresentam grãos curtos com baixos
teores de amilose, tornando-os glutinosos durante o processo de cocção. Estudos
genéticos indicam que possivelmente os genes envolvidos nestes caracteres
(estresses abióticos e tipo de grão) devam estar ligados. A quebra de ligação destes
tem sido exaustivamente trabalhada nos mais diversos programas de melhoramento.
Neste sentido, os resultados obtidos nesta tese contribuirão de maneira substancial
para obtenção de cultivares com características de tolerância à ácidos orgânicos,
seja por meio introgressão através de cruzamentos, ou mediante utilização de
técnicas de biologia molecular.
114
7.
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118
8. VITA
Mauricio Marini Kopp, nascido no dia 25 de janeiro de 1977 em Pelotas, Rio
Grande do Sul (RS). No período de 1992 a 1995 cursou segundo grau técnico
profissionalizante na Escola Técnica Federal de Pelotas, Pelotas (RS). Desenvolveu
atividades técnicas durante os anos de 1996 e 1997 em Esteio (RS). Ingressou no
Curso de Agronomia da Universidade Federal de Pelotas (UFPel) em 1998, obtendo
titulo de Engenheiro Agrônomo em dezembro de 2002. Foi bolsista de iniciação
científica (CNPq) de janeiro de 2000 a dezembro de 2002, sob orientação do
professor Antonio Costa de Oliveira, participando ativamente em projetos de
pesquisa com mutação em arroz e aveia e técnicas de biologia molecular. Em 2003
ingressou no programa de Mestrado do Centro de Genômica e Fitomelhoramento da
FAEM/UFPel. Atendendo os requisitos necessários progrediu ao nível de doutorado
em 2004. Entre trabalhos como autor e co-autor, publicou 30 artigos em revistas
científicas e cerca de 100 resumos em congressos e reuniões técnicas. Participou de
vários projetos de pesquisa relacionado ao melhoramento genético de arroz, aveia,
trigo, milho e azevém. Além de coordenar o Laboratório de Genômica do Centro de
Genômica e Fitomelhoramento, tendo como orientador o Prof. Ph.D. Antonio Costa
de Oliveira.
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