1.4 Discussão
2.2.5 Absorção foliar de água
O teste de absorção foliar de água (afa) foi realizado apenas uma vez, após o experimento. O teste foi feito segundo o protocolo de Limm et al. (2009) com algumas alterações. Nós utilizamos duas folhas de cinco indivíduos de cada espécie. Utilizamos indivíduos com potencial hídrico de -1,0 MPa, pois assim evitamos a faixa de erro da câmara de Scholander. Primeiramente ensacamos as plantas durante a noite, para que na manhã
seguinte estivessem com o potencial equilibrado, e assim medimos o potencial de duas folhas de cada indivíduo (ΨI). Com outras duas folhas, medimos o peso fresco (PF) e submergimos a folha em um recipiente contendo água destilada, exceto a parte correspondente ao pecíolo, por quatro horas. Após este período, nós retiramos a folha da água destilada e secamos brevemente com um papel toalha e, em sequência medimos o peso túrgido da folha (PT) e a área da folha (A). Mesmo secando as folhas com papel toalha após serem submergidas, pode restar água na superfície das folhas. Para minimizar este erro, após tirar o peso fresco da folha (PF), nós submergimos a folha por 30 segundos em água destilada, secamos com papel toalha por 10 segundos e obtivemos o peso do erro (PE), este valor foi subtraído do peso túrgido (Pt). A fórmula para cálculo da absorção foliar de água (afa) foi: afa=PT-PE/t.A.ΨI , onde PT é o peso túrgido, PE é o peso fresco da folha incluindo o erro, t é o tempo que a folha ficou submersa, A é a área de folha em cm2 e ΨI é o potencial inicial que a folha estava. Com o cálculo de afa obtemos a condutância da lâmina foliar.
2.2.6 Análises estatísticas
Utilizamos regressões simples para avaliar a relação da disponibilidade de água no solo com as variáveis resposta (CRAfolha, potencial hídrico foliar (ΨPD e ΨMD), fotossíntese e condutância estomática). Também utilizamos teste t para verificar diferenças no mesmo tratamento entre as espécies, considerando o intervalo de confiança de 95%. As análises estatísticas foram feitas com o programa livre R (R Core Team 2012).
2.3 Resultados
Ao longo do experimento a média de temperatura na casa de vegetação foi de 22 ± 5,8 °C com máxima de 35 °C e mínima de 12 °C e a média de umidade do ar foi de 73% ± 18%, com máxima de 99% e mínima de 32% (Figura 2).
Figura 2. Temperatura média (linha) e umidade relativa média do ar (barras) na casa de vegetação do departamento de biologia vegetal na Unicamp ao longo das semanas do experimento (semana 1 a 13).
A disponibilidade de água no solo decresceu nos tratamentos de seca e de nebulização. No tratamento de seca, a quantidade de água disponível no solo caiu abruptamente a partir da segunda semana de experimento, já no tratamento de nebulização a disponibilidade de água no solo caiu mais lentamente e atingiu valor semelhante ao tratamento de seca apenas na quarta semana de experimento (Figura 3).
Figura 3. Disponibilidade de água no solo dos vasos nos tratamentos controle (linha preta), seca (linha azul) e nebulização (linha verde) para as espécies Vellozia intermedia (A) e Vellozia nivea (B) ao longo do experimento (semanas de 1 a 13). Os pontos representam a mediana e as barras o erro padrão. A linha vermelha representa o início da reidratação.
No controle, os indivíduos das duas espécies mantiveram as folhas hidratadas durante todo o período do experimento (Figura 4). No entanto, o CRAfolha foi diferente para as duas espécies no controle, no qual, a espécie sempre-verde (V. intermedia) manteve média de
CRAfolha de 90% ± 4,2%, enquanto que a espécie ressurgente (V. nivea) manteve média de 86%
± 4,0% (gl= 67, t= -5.0906, p<0,001). As duas espécies diferiram no potencial hídrico da madrugada e do meio dia, com média de Ψde –0,25 ± 0,09 MPa para a espécie ressurgente e - 0,36 ± 0,20 MPa para a espécie sempre-verde (gl= 25, t= -0.5411, p= 0.59 e gl=25, t= -1.57, p= 0.12, respectivamente). A média do potencial hídrico do meio dia foi de -1,54 ± 0,30 MPa para a espécie ressurgente e de -1,41 ± 0,36 MPa para a espécie sempre-verde. As duas espécies apresentaram taxas fotossintéticas (Amax) e de condutância (gs) diferentes (gl= 786, t=13,61, p<0,001 e gl= 786. t= 23,66, p<0,001, respectivamente), sendo que a espécie ressurgente apresentou taxas maiores, com média de 14,58 ± 4,71 molCO2m-2s-1 e 0,23 ± 0,10 mol.m-2s-
1 respectivamente, enquanto que a espécie sempre-verde teve média de 9,97 ± 4,80 molCO 2m- 2s-1 e 0,09 ± 0,05 mol.m-2s-1 respectivamente.
No tratamento de seca, o ΨPD, ΨMD, o CRAfolha, a Amax, gse porcentagem de área foliar caíram em ambas espécies durante o processo de dessecação. A espécie ressurgente dessecou suas folhas completamente na quarta semana de experimento (Figura 4), atingindo CRAfolha de 8,46% ± 2,22% e ΨPD e ΨMD de -7,0±0 MPa. Nesta espécie, o CRAfolha e Ψfolha decresceram continuamente, enquanto que a Amaxe gs diminuíram de forma mais rápida, logo na segunda semana de experimento, de 18,65 ± 2,7 molCO2m-2s-1 e 0,3 ± 0,07 mol.m-2s-1 para 6,10 ± 3,52 molCO2m-2s-1 e 0,06 ± 0,03 mol.m-2s-1. Essa diminuição nas trocas gasosas acompanhou a queda na disponibilidade de água no solo (Figuras 4 e 8) (Tabela1). Já para a espécie sempre-verde, o CRAfolha e Ψfolha se mantiveram altos por mais tempo e caíram abruptamente apenas na quarta semana de experimento (Figura 4) atingindo CRAfolha médio de 14,8% ± 8,3% e ΨPD e ΨMD de -7,0 ± 0 MPa. Essa queda não acompanhou a diminuição na disponibilidade de água no solo (Tabela 1). A Amaxe gscaíram abruptamente na segunda semana do experimento, passando de 10,18 ± 3,23 molCO2m-2s-1 e 0,13 ± 0,06 mol.m-2s-1 para 4,35 ± 3,28 molCO2m-2s-1 e 0,04 ± 0,03 mol.m-2s-1. Em ambas as espécies Amax, gs,
CRAfolha e Ψfolha variaram em resposta à variação na disponibilidade de água no solo. A medida
que diminuía a disponibilidade de água no solo, decresciam as taxas de fotossíntese, condutância, potencial hídrico e conteúdo relativo de água na folha (Tabela 1).
No tratamento de nebulização, a disponibilidade de água no solo atingiu valores semelhantes ao tratamento de seca apenas na quarta semana do experimento para as duas espécies. A dessecação das folhas em V. nivea ocorreu duas semanas após a dessecação no tratamento de seca (Figura 6 e 7). Na espécie sempre verde a dessecação das folhas ocorreu no mesmo período nos dois tratamentos (seca e nebulização), que corresponde a quarta semana do experimento. A Amaxna quarta semana foi de 3,85 ± 3,34 molCO2m-2s-1 enquanto que a gs foi de 0,07 ± 0,05 mol.m-2s-1. Nesse tratamento, a Amax, gs, CRAfolha e Ψfolha também variaram em resposta à variação na disponibilidade de água no solo. A diminuição no conteúdo relativo de água levou a diminuições nas taxas e variáveis mensuradas (Tabela 1).
Com a reidratação do solo, a espécie ressurgente foi capaz de retomar o funcionamento foliar, atingindo taxas de Amax e gs semelhantes ao início do experimento, enquanto que a espécie sempre-verde não foi capaz de reidratar completamente, culminando na mortalidade dos indivíduos (Figura 5 e 6). Uma semana após a hidratação do solo (na sétima semana de experimento), a espécie ressurgente atingiu CRAfolha médio de 68% ± 3,6%,
enquanto que a espécies sempre-verde atingiu CRAfolha médio de 36,7% ± 6,5% ficando nesta média até a semana seguinte, quando os indivíduos começaram a regredir na recuperação da reidratação até a morte (Figura 6). Essa espécie retomou a coloração verde apenas na base das folhas. Enquanto que a espécie ressurgente aumentou o CRAfolha continuamente até atingir média de 90% ± 1,3% na décima terceira semana de experimento. A taxa fotossintética (Amax) da espécie ressurgente retomou níveis próximos aos iniciais 14,95 ± 1,76 molCO2m-2s-1, enquanto que a condutância estomática (gs) retomou a níveis mais altos do que os iniciais 0,46 ± 0,03 mol.m-2s-1. Já a espécie sempre-verde atingiu taxas bem abaixo do inicial, tanto de fotossíntese quando de condutância estomática, 0,98 ± 0,03molCO2m-2s-1 e 0,024 ± 0,0027 mol.m-2s-1 respectivamente (Figura 8).
Considerando os indivíduos do tratamento de seca e de nebulização, a mortalidade da espécie sempre-verde ao final do experimento chegou a 100%, ao passo que para a espécie ressurgente, ao final do experimento, a mortalidade foi de apenas 33%. Os indivíduos da espécie ressurgente, tanto no tratamento de seca quanto no tratamento de nebulização retomaram o funcionamento foliar completamente, o que não foi observado para a espécie sempre-verde.
A capacidade de absorção de água pela folha diferiu entre as duas espécies (gl= 11, t=1,68, p<0,001). A espécie ressurgente apresentou valores de condutância da lâmina foliar (4,1.10-4 ± 1,2.10-4 g de água.h-1.cm-2.MPa-1) maiores quando comparado com a espécie sempre-verde (2,2.10-4 ± 0,6.10-4g de água.h-1.cm-2.MPa-1).
Tabela 1. Equação da reta, R² e valor de p das regressões simples tendo como variável preditora a disponibilidade de água no solo e variáveis resposta a fotossíntese, condutância estomática, potencial hídrico da madrugada (ΨPD), potencial hídrico do meio-dia (ΨMD)e conteúdo relativo de água da folha,
para Vellozia nivea e Vellozia intermedia. As relações foram mais fortes (R2) para o tratamento de seca
Figura 4. Espécie ressurgente (Vellozia nivea) e sempre-verde (Vellozia intermedia) do tratamento de seca durante as semanas de dessecação. V. nivea (A;C;E;G) dessecou suas folhas de forma mais contínua e rápida do que a espécies sempre-verde (B;D;F;H), que dessecou abruptamente na semana quatro.
Figura 5. Espécie ressurgente (Vellozia. nivea) e sempre-verde (Vellozia intermedia) do tratamento de seca durante as semanas de reidratação. V. nivea (A;C;E;G) ressurgiu a maior parte das folhas dessecadas, enquanto que a espécies sempre-verde (B;D;F;H), ressurgiu apenas uma parte pequena de suas folhas até a semana 11 e após este período os indivíduos não resistiram e morreram.
Figura 6. Conteúdo relativo de água na folha para as espécies A) Vellozia intermedia (não ressurgente) e B) Vellozia nivea (ressurgente). Área verde foliar para as espécies A) V. intermedia e B) V. nivea. As linhas pretas representam o controle, as linhas azuis o tratamento de seca e as linhas verdes o tratamento de nebulização. Os pontos representam a média e as barras o erro padrão. A linha vermelha representa o início da reidratação.
Figura 7. Potencial hídrico na madrugada (ΨPD) (Esquerda), A) Vellozia intermedia e B) Vellozia nivea.
Potencial hídrico ao meio dia (ΨMD) (Direita), A. V. intermedia e B. V. nivea. As linhas pretas
representam o controle, as linhas azuis o tratamento de seca e as linhas verdes o tratamento de nebulização. Os pontos representam a média e as barras o erro padrão. A linha vermelha representa o início da reidratação.
Figura 8. Fotossíntese máxima (Esquerda), A) Vellozia intermedia e B) Vellozia nivea. Condutância estomática (Direita), A. V. intermedia e B. V. nivea. As linhas pretas representam o controle, as linhas azuis o tratamento de seca e as linhas verdes o tratamento de nebulização. Os pontos representam a média e as barras o erro padrão. A linha vermelha representa o início da reidratação.
2.4 Discussão
As duas espécies dessecaram suas folhas tanto no tratamento de seca como no de nebulização. No entanto, V. nivea maximizou o uso de fontes alternativas de água, como a neblina, adiando o processo de dessecação de suas folhas. Essa espécie apresenta maior capacidade de absorção de água pelas folhas, absorvendo aproximadamente o dobro de água que V. intermedia. Essa espécie após a reidratação do solo ressurgiu completamente. Já V.
intermedia não se beneficiou da neblina e não foi apta a ressurgir totalmente, apresentando
mortalidade de todos os indivíduos que estavam tanto submetidos à seca como ao tratamento de nebulização. Essa espécie NTD pode ser mais sensível às mudanças no regime de precipitação do que as espécies tolerantes à dessecação pertencentes ao mesmo gênero.
A espécie ressurgente (V. nivea) apresentou rápidas mudanças nas trocas gasosas, potencial hídrico e CRAfolha conforme diminuía a disponibilidade de água no solo (Figura 4 e 8). Essa rápida variação no conteúdo relativo de água nos tecidos em função da disponibilidade de água no ambiente e a sobrevivência em baixo CRAfolha é característico de espécies poikilohídricas (Kappen e Valladares 2007). A primeira resposta a seca, ainda quando o
CRAfolha estava em torno de 80%, foi a diminuição drástica nas taxas fotossintéticas e
condutância estomática. Após quedas mais severas no CRAfolha (menor que 60%), os indivíduos apresentaram dobramento da lâmina foliar. Este mecanismo é importante pois, ao dobrar as folhas, a área superficial destas diminui e a perda de água por transpiração passa a ser mais lenta. Além disso, esse mecanismo contribui para a diminuição da produção de Reactive Oxygen
Species (ROS) que causam danos às macromoléculas e componentes sub celulares (Pammenter
e Berjak 1999). Os ROS são produzidos em quantidades prejudiciais quando a taxa fotossintética já diminuiu significativamente, no entanto as moléculas de clorofila continuam a ser excitadas pela luz solar, acumulando o excesso de energia (Farrant 2000). Além disso, V.
nivea é considerada uma espécie Poikilochlorophilus (Alcantara et al. 2015). Espécies Poikilochlorophilus desmontam o aparato fotossintético durante a dessecação (Sherwin e
Farrant 1998). Essas espécies são adaptadas a ciclos de dessecação e ressurgência prolongados, de meses a anos sem água. A vantagem seletiva Poikilochlorophilia é minimizar o dano foto- oxidativo durante o período seco e não precisar manter o aparato fotossintético por longos períodos de dessecação (Tuba 2008).
Por outro lado, a espécie sempre-verde manteve o CRAfolha alto até a terceira semana e dessecou suas folhas abruptamente na quarta semana de experimento. Esta espécie apresentou um maior controle estomático (Figura 8A). Espécies tolerantes à seca, para a manutenção da hidratação, geralmente apresentam poucos e pequenos estômatos restritos a
criptas estomáticas, rápido fechamento estomático, folhas com epiderme bastante cerosa e também o aumento do potencial osmótico que corresponde ao aumento na concentração de solutos na folha, de forma que o potencial hídrico fique baixo o suficiente para manter o gradiente de potencial hídrico entre a raiz e as folhas (Kozlowski 1972). Da mesma forma que na espécie ressurgente, a primeira resposta a seca na espécie sempre-verde foi uma maior regulação estomática, marcada pela queda na taxa fotossintética (Amax) e condutância estomática (gs) a partir da segunda semana de experimento no tratamento de seca. Na terceira semana do experimento esta espécie apresentou acúmulo de antocianina nas folhas, evidenciado pela mudança na coloração das folhas de verde para roxo (Figura 4F). Este acúmulo tem como função a proteção de componentes celulares usualmente induzidos à degradação pela radiação (Júnior et al. 2012). Este mecanismo difere do dobramento das folhas apresentado na espécie ressurgente estudada. Por fim, da mesma forma que a espécie ressurgente, a espécie sempre- verde dessecou completamente suas folhas na quarta semana de experimento, evidenciado pelo amarelecimento das folhas e perda da clorofila. No entanto, o processo de dessecação difere entre as duas espécies. O processo de dessecação que ocorreu na espécie sempre-verde está relacionado com o processo de senescência que antecedeu a mortalidade dos indivíduos que estavam sujeitos à seca. Essa espécie não tolerou quedas abruptas no CRAfolha como ocorre nas espécies ressurgentes.
No tratamento de nebulização, a seca do solo ocorreu de forma menos abrupta e teve um efeito positivo sobre a manutenção da hidratação da espécie ressurgente por mais alguns dias. A nebulização não foi eficiente para a espécie sempre-verde, uma vez que os indivíduos apresentaram respostas semelhantes no tratamento de seca e na nebulização. O retardo no processo de dessecação na espécie ressurgente, comparado à sempre-verde, é um forte indicativo que essa espécie apresenta capacidade de absorção de água pela parte área, principalmente pelas folhas. Essa espécie apresenta uma camada densa de tricomas, o que facilita a formação de gotículas de água na superfície da folha, pois estes acumulam sais e microestruturas que possibilitam a condensação capilar da água (Burkhardt e Hunsche 2013), quando a umidade e temperatura do ambiente estão propícios para a formação de orvalho (e.g. neblina artificial do experimento). As gotículas formadas na superfície das folhas podem então ser absorvidas através dos tricomas, como já observado em espécies de Bromeliaceae (Benzing et al. 1976; Andrade 2003), ou ainda através da lâmina foliar, como observado por sequoias na Califórnia (Burgess e Dawson 2004) e contribuir para a manutenção da hidratação da parte aérea dos indivíduos. Além disso, com a alta umidade do ar, a camada de tricomas também pode contribuir para a diminuição na transpiração da folha, pois a umidade fica retida nos
espaços entre os tricomas, diminuindo o DPV (déficit de pressão vapor) próximo a superfície da folha, possibilitando assim a redução da transpiração (Jordan et al. 2008). Nos campos rupestres, na estação seca, uma atmosfera um pouco mais úmida não é suficiente para umidificar o solo, mas pode ser relevante para a manutenção dos processos fisiológicos nas plantas (Alcantara et al. 2015). A absorção de água pela parte aérea pode ser fundamental para a manutenção do turgor celular de espécies nesses ambientes fortemente sazonais. Oliveira et al. (2005) mostrou para uma espécie tolerante à dessecação, V. flavicans (Velloziaceae), a inversão no fluxo de seiva em decorrência do uso de água da neblina/orvalho para reidratação dos tecidos em épocas de seca, quando a água disponível no solo não foi suficiente para a manutenção da hidratação.
Durante o processo de ressurgência, a espécie V. nivea apresentou mais uma vez respostas mais rápidas do que a espécie sempre-verde. Estas diferenças observadas na velocidade e efetividade de resposta tanto à seca quanto à ressurgência de cada espécie, estão relacionadas a suas estratégias ecológicas de sobrevivência à seca, evidenciando o contraste entre as estratégias oportunistas de espécies tolerantes à dessecação e estratégias conservativas de espécies tolerantes à seca (Alcantara et al. 2015). Estas duas estratégias possuem mecanismos distintos para sobreviver ao período seco, no entanto, secas mais severas e extremas previstas para ambientes montanhosos, como os campos rupestres, pode favorecer a manutenção de espécies ressurgentes e provocar alta mortalidade das espécies sempre-verdes.
Como demonstrado em Brum-Jr (2013), as duas espécies, V. nivea e V. intermedia, apresentam a mesma profundidade radicular. No entanto, apresentam uma segregação de nicho (Alcantara et al. 2015), sendo que a espécie ressurgente (V. nivea) ocorre preferencialmente em solos rasos restringindo a disponibilidade de água a curtos períodos, ao contrário da espécie sempre-verde (V. intermedia), onde a dessecação do solo se dá de maneira menos abrupta, e o indivíduo pode ter água disponível por mais tempo. A espécie ressurgente deve então investir em mecanismos que possibilitam a tolerância à dessecação, como os mecanismos mecânicos, associados com perda de turgor, mecanismos para evitar a perda da integridade da membrana e mecanismos para evitar estresse oxidativo, relacionado à interrupção do metabolismo (Farrant et al. 2007). Além disso, também apresentam mecanismos que as possibilitem uma rápida recuperação do metabolismo quando houver disponibilidade de água. No entanto, estes mecanismos diminuem a competitividade destas espécies pois competem por recursos com o crescimento do indivíduo, estabelecendo demandas conflitantes entre evitar a mortalidade por dessecação e a eficiência de aquisição de recursos, além da alocação de recursos entre funções competitivas, como crescimento e acúmulo de açúcares para estabilização da membrana (Gaff
e Oliver 2013). Por outro lado, a espécie sempre-verde, mantém a hidratação das folhas ao longo da estação seca, investindo então em mecanismos de retenção de água nos tecidos como a osmorregulação e forte controle estomático (Delzon 2015). Como a dessecação do solo onde essas espécies ocorrem, geralmente é mais lenta, estas espécies podem apresentar respostas mais lentas à limitação na disponibilidade de água, sendo assim não tolerantes à rápida dessecação do solo, pois não possuem rápidas respostas de proteção dos tecidos durante a contínua perda de água, resultando na mortalidade dos indivíduos.