PLASTICIDADE FENOTÍPICA DA MORFOLOGIA DE SEIS GENÓTIPOS DE Bidens pilosa L. CRESCIDOS EM QUATRO ALTITUDES E COLHIDOS EM QUATRO ESTÁDIOS REPRODUTIVOS
1. INTRODUÇÃO
As plantas, como quaisquer outros seres, recebem influências do meio que as cercam e podem reagir em resposta a essas interferências por meio do metabolismo primário e do secundário e essa resposta é denominada plasticidade. A plasticidade fenotípica é a variação fenotípica do genótipo em resposta às variações dos ambientes.
A plasticidade fenotípica é fundamental na medida em que gera respostas aos ambientes, expressa pela maior sobrevivência e aproveitamento vantajoso das variações ambientais. O crescimento e desenvolvimento vegetal dependem dos fatores ambientais que funcionam como estimulantes de certos estádios morfofisiológicos das plantas que respondem de forma adaptativa ao estímulo (OLIVEIRA et al., 2001). A quantidade de mudança dessa expressão é a medida de sua plasticidade e pode ser expressa tanto em caracteres reprodutivos quanto caracteres vegetativos (BRADSHAW, 1965), podendo ser quantificada por índices e coeficientes de plasticidade.
Como Bidens pilosa ocorre nos trópicos e subtrópicos, próximo ao nível do mar até altitudes elevadas, desde seco até pouco drenado (FELIPE, 1978; BALLARD, 1986; OBARA et al., 1994), seria presumível que houvesse
Este trabalho teve como objetivo estudar a plasticidade fenotípica da morfologia de Bidens pilosa L., estimando-se a magnitude e o padrão de respostas plásticas de genótipos avaliados em quatro altitudes, bem como o grau de adaptação dos genótipos às altitudes de origem.
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. Bidens pilosa
Bidens pilosa L., pertence à família Asteraceae, é cosmopolita, heliófila, anual, de porte herbáceo, ereta e pilosa. Tem folhas opostas, pecioladas, com bordas serreadas e pêlos hialinos. Seu caule é tetragonal, tem crescimento limitado, com altura 0,3-1,8 m; é ramificada e as gemas apicais dos ramos transformam-se em capítulos. Os capítulos têm 25 a 40 flores e os frutos são do tipo aquênio, achatados e com papus contendo aristas que aderem aos pêlos dos mamíferos e servem à sua dispersão (KIRSZENZAFT, 1975, FERREIRA et al., 1995).
O florescimento é variável, as plantas com quatro semanas de idade podem ter os primeiros capítulos que, após duas semanas, mostram aquênios maduros, a maioria dos quais germina prontamente, o que garante três a quatro gerações por ano (LORENZI, 1982; KIRSZENZAFT, 1975; TAMASHIRO e LEITÃO FILHO, 1978; FERREIRA et al., 1995). A produção média estimada é de 1.500 aquênios por planta (LORENZI, 1982).
A grande produção de aquênios e a adaptação a diversos tipos de solos são suas características marcantes. Bidens pilosa L. é, segundo SUN e GANDERS (1990), espécie predominantemente autógama, de grande adaptabilidade e com variação em caracteres morfológicos, presentes em localidades de altitudes
tropicais e subtropicais. Em todos os Estados do Brasil encontra-se como planta invasora de culturas e é de grande uso medicinal nos problemas hepáticos, como icterícia e hepatite (VASQUES et al., 1986b).
As espécies de ocorrência ruderal, como Bidens pilosa, que respondem às perturbações e/ou restrições do meio com crescimento vegetativo reduzido e com grande produção de sementes, são consideradas altamente plásticas (CAPOTE et al., 1986).
2.2. Plasticidade fenotípica
A plasticidade fenotípica foi definida, segundo BRADSHAW (1965), como a expressão da variação fenotípica do genótipo em resposta aos ambientes, sendo, portanto, a intensidade dessa mudança a expressão da plasticidade, específica do genótipo. Esse mesmo autor subdividiu a plasticidade em dois tipos fundamentais: fisiológico e morfológico. A primeira é reversível e associa-se a efeitos fisiológicos que não resultam em alterações morfológicas, ao passo que a segunda é irreversível e relaciona-se a efeitos fisiológicos que resultam em modificações morfológicas.
2.2.1 Características morfológicas plásticas
O grau de plasticidade pode estar relacionado à forma de desenvolvimento dos caracteres (BRADSHAW, 1965). Caracteres formados durante longo período de desenvolvimento, como altura, número de folhas e matéria seca total, são mais sujeitos à influência ambiental e, conseqüentemente, espera-se maior variação fenotípica, ou seja, são mais plásticas, quando comparadas com os caracteres desenvolvidos rapidamente, como estruturas reprodutivas e os demais caracteres formados durante os estádios de desenvolvimento (SANTOS, 1990). Sabe-se que características evolutivas responsáveis pela perpetuação da espécie, como estruturas reprodutivas, devam ser conservadas a fim de não comprometer a sobrevivência da espécie, por isso, é de esperar baixa plasticidade no florescimento (SCHLICHTING e LEVIN, 1984).
Vários trabalhos têm demonstrado que a biomassa da parte aérea vegetal é a mais plástica, enquanto a altura da planta é de plasticidade mediana, largura e comprimento da folha são de baixa plasticidade (SCHLICHTING e LEVIN, 1984; GUREVITCH, 1988; KAMADA et al., 1999).
2.2.2. Medidas de plasticidade
A plasticidade possui dois componentes de resposta plástica: a magnitude de resposta e o padrão de plasticidade. Essa resposta plástica é obtida ao se analisar dois ou mais genótipos em mais de um ambiente. A intensidade da plasticidade observada nestes ambientes é denominada de magnitude de resposta plástica. Ao se comparar o comportamento entre os indivíduos, a concordância ou discordância de resposta estabelece o padrão de plasticidade. O controle das respostas é genético e modificável pelo processo de crescimento e desenvolvimento vegetal e pela seleção (BRADSHAW, 1965; SCHEINER, 1993; KAMADA et al., 1999).
O índice de determinação ambiental (Ia2) foi utilizado por KAMADA (1998) como estimador da proporção de variação total atribuída ao efeito ambiental e seus valores podem ser positivos ou negativos. Se positivos e grandes significa que há grande intensidade de plasticidade e se baixos ou negativos significa que a intensidade de plasticidade é pequena ou nula, ou seja, há pouca influência ambiental na característica.
Quando são comparados dois ou mais genótipos, é possível determinar similaridades ou divergências de respostas entre eles em cada característica. Na análise de dois genótipos em relação a uma ou mais características obtêm-se valores de alta ou baixa correlações. As altas correlações indicam que os genótipos têm respostas similares, ao passo que correlações baixas, ou negativas, indicam padrão de plasticidade divergente entre aqueles pares de genótipos em relação às características consideradas (SCHLICHTING e LEVIN, 1984).
O coeficiente de coincidência pode ser utilizado como estimador do grau de adaptação do genótipo ao ambiente de ocorrência natural. Essa coincidência é
semelhantes ao de ocorrência natural e os divergentes desses. As médias dos resultados dos caracteres são comparadas e, no ambiente de origem, é observada a máxima ou a mínima expressão do caráter que indica que esse apresenta coincidência. Segundo CRUZ (1997), esse coeficiente estima a concordância de ocorrência de observações superiores ou inferiores, em relação a cada par de características. A máxima ou mínima expressão do caráter indica a extrema adaptação do genótipo ao seu ambiente de origem.
Visando conhecer os fatores ambientais e genéticos que influenciam na produção das espécies medicinais, KAMADA (1998) estudou a plasticidade fenotípica da morfologia de três acessos de manjericão (Ocimum spp.): manjericão-branco, manjericão-roxo e basilicão, que foram crescidos em quatro ambientes de adubação: 1) sem adubação, 2) adubação orgânica, 3) adubação química e 4) adubação química e orgânica. Neste trabalho utilizou-se como parâmetros a análise da variação morfológica nos níveis de adubação. Os valores da plasticidade foram estimados pelo coeficiente de variação ambiental (CVa) e índice de determinação ambiental (Ia2). O CVa foi utilizado na estimação da magnitude de plasticidade e o Ia2 na representação da proporção de variação total atribuída ao efeito ambiental. Esse autor concluiu que os efeitos da plasticidade foram relevantes na produção de biomassa (matéria seca). Observou-se que nos acessos floridos, manjericão-branco e basilicão, os valores de plasticidade eram semelhantes, no acesso que não floriu, manjericão-roxo, ocorreu maior plasticidade nos caracteres, concluindo que os efeitos ambientais sobre o crescimento e desenvolvimento foram específicos em cada acesso.
A quantificação da clorofila pode servir como indicador das condições da própria planta. Em geral, plantas saudáveis conterão mais clorofila que as menos saudáveis; entretanto, fatores como luminosidade interferem nessa condição (TAIZ e ZEIGER, 1991, JONES, 1994). Nas altitudes, as variações de intensidade luminosa podem interferir com a quantidade de clorofila, influenciando diretamente no crescimento e no desenvolvimento vegetal. Com o SPAD (Minolta Co. Ltd.) pode-se estimar a quantidade relativa de clorofila de folhas, com vantagem de ser rápido e não ser destrutivo, com a leitura realizada diretamente sobre a superfície da folha, mesmo quando essas estão ainda no
campo. O SPAD utiliza medidas em unidades de SPAD, que indicam a quantidade relativa de clorofila das folhas. A capacidade de medição varia de 0 até mais que 100 SPAD. A precisão de ± 1 SPAD é observada nos valores entre 0 e 50 SPAD, já nos valores acima de 50 a precisão diminui. Os valores de SPAD baseiam-se na quantidade de luz transmitida pela folha na região analisada, em dois comprimentos de onda, na qual a absorvância da clorofila é diferente dos carotenóides. O SPAD emite luz vermelha (aproximadamente 650 nm) e infravermelha (aproximadamente 940 nm). Na região do vermelho a absorvância é alta e não é afetada pelos carotenóides e na do infravermelho a absorvância é extremamente baixa. As dimensões de leitura são de 2 mm x 3 mm da superfície foliar e as medidas devem ser feitas fora das nervuras foliares, em folhas finas (espessura menor que 1,2 mm) (MINOLTA, 1989).
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Material experimental
Foi estudada a plasticidade fenotípica de genótipos de Bidens pilosa, coletados em seis altitudes. As exsicatas desses encontram-se depositadas no Herbário do Departamento de Biologia Vegetal da Universidade Federal de Viçosa (VIC). A altitude de coleta foi usada para denominar os genótipos, ou seja, o genótipo coletado na altitude 210 m é referido como 210, o da altitude 450 m como 450 e assim os demais genótipos. No Quadro 1, consta o local e o habitat de coleta de cada genótipo, bem como o número do herbário (VIC).
Quadro 1 - Altitude, local, área e habitat dos seis genótipos de Bidens pilosa L. e respectivos números do herbário (VIC). 1999
Genótipo (1) Local de Coleta Área e Habitat de Coleta VIC (2) 210 Leopoldina (MG) Urbana - terreno baldio, ensolarado e seco 25.311 450 Leopoldina (MG) Rural - horta, sombreada e úmida 25.313 475 Oratórios (MG) Rural - horta, ensolarada e úmida 25.312 675 Viçosa (MG) Rural - horta, ensolarada e úmida 25.308 950 Araponga (MG) Rural – horta, ensolarada e úmida 25.309 1150 Araponga (MG) Rural – horta, ensolarada e úmida 25.310
(1)
Genótipo = representado pela altitude de origem, em metros; (2)
VIC = Herbário da Universidade Federal de Viçosa.
Os seis genótipos foram selecionados em grupos divergentes baseados em análise isozimática que consta do capítulo 1 dessa tese e cujos padrões, com seus respectivos números de bandas, encontram- se resumidos no Quadro 2.
Quadro 2 - Padrões isozimáticos e seus respectivos números de bandas que serviram à análise de divergência e à seleção dos seis genótipos (210, 450, 475, 675, 950 e 1150) de Bidens pilosa L. utilizados neste experimento
Número de bandas de isozimas dos padrões dos genótipos
Isozimas/ Padrão 210 450 475 675 950 1150 I 8 8 8 ACP III 10 IV 6 6 I 8 III 3 α-EST IV 5 5 V 5 VIII 3 II 2 2 β-EST III 3 3 3 IV 4 GOT I 3 3 3 3 3 3 II 5 PO V 6 VI 5 VII 1 1 1 I 5 SKDH II 5 5 5 5 III 4 SOD I 6 6 6 6 6 II 8 Total 36 31 29 33 32 35
Cada genótipo foi clonado in vitro e aclimatado, gerando plantas homogêneas e em quantidade suficiente à realização dos experimentos.
Antes da montagem do experimento as plantas foram medidas e, no bloco, foram colocadas as de alturas semelhantes. No Quadro 3 encontram-se as análises de variância da altura das plantas antes da implantação do experimento. Valores significativos foram observados apenas entre os blocos, o que demonstra a uniformidade do experimento.
Quadro 3 - Resumo da análise de variância da altura da planta quando da implantação do experimento, considerando os quatro estádios reprodutivos dos seis genótipos de Bidens pilosa L. crescidos nas quatro altitudes FV GL Quadrados médios Bloco/Altitude 12 12,34** Altitude (A) 3 0,03 ns Genótipo (G) 5 0,07 ns Estádio (E) 3 0,12 ns A x G 15 0,07 ns A x E 9 0,07 ns G x E 15 0,08 ns A x G x E 45 0,11 ns Resíduo 276 3,54 Média 5,50 CV (%) 34,24
** = Significativos a 1% de probabilidade, pelo teste F; ns = não significativo, pelo teste F.
3.2. Substrato
Utilizaram-se quatro toneladas de substrato no experimento, as quais foram cuidadosamente preparadas no Grupo Entre Folhas, no campus da UFV, utilizando-se betoneira manual com capacidade de 200 L, preenchida com 110 L dos componentes do substrato. Os componentes utilizados foram solo, areia, esterco bovino curtido e húmus, na proporção 6:2:1:1. O solo foi passado em peneira de malha de 6 mm, com o cuidado de uniformizar as suas camadas durante o peneiramento. Após o preparo, o substrato foi transferido da betoneira à lona plástica e, nessa, foi feita a separação individual do volume destinado a cada vaso experimental. O volume de 5 L de substrato foi transferido a sacos plásticos de mesma capacidade os quais serviram ao transporte até os locais da implantação dos experimentos.
As mudas aclimatadas foram transportadas até os locais em copos plásticos de 200 mL, acondicionados em caixas de polietileno. Os vasos de polietileno preto foram levados emborcados e acondicionados em caixas de papelão. Lonas plásticas pretas foram levadas e, em cada local, foram estendidas sobre o terreno a ser montado o experimento.
As lonas, em todos os locais, foram postas na orientação Norte-Sul e os vasos colocados sobre elas. O solo, contido nos sacos plásticos, foi transferido aos vasos. Em seguida as mudas das plantas foram transferidas a esses vasos. Além das plantas do experimento, foram mantidos mais dois vasos, contendo uma planta cada, ao lado de cada bloco a fim de determinar a quantidade de água a ser utilizada na irrigação diária. Essa determinação foi feita diariamente, antes do início da irrigação, o que possibilitou manter as plantas, nos experimentos, nas mesmas condições de irrigação, ou seja, na capacidade de campo. A análise química do substrato foi realizada pelo Laboratório de Análise de Solo Viçosa, em Viçosa (MG) (Quadro 4) e a análise física no Laboratório de Física do Solo, do Departamento de Solos da UFV (Quadro 5), onde foi realizada também a análise de equivalência de umidade do substrato visando à estimação da capacidade (23,01%). A densidade do solo, obtida pelo método da proveta, foi 1,0381.
Quadro 4 - Resultado das análises químicas do substrato utilizado no plantio de Bidens pilosa L nas quatro altitudes
pH P K Ca2+ Mg2+ Al3+ H + Al SB CTC (t) CTC (T) V m MO H2O mg dm
-3
cmolc dm-3 % dag kg-1
5,2 49,4 280 1,9 1,1 0,0 3,1 3,72 3,72 6,82 55 0 2,63 pH em água, KCl e CaCl2 - Relação 1:2,5
P,K - Extrator Mehlich 1
Ca, Mg, Al - Extrator KCl - 1 mol L-1
H + Al - Extrator Acetato de Cálcio 0,5 mol L-1 - pH 7,0 SB = Soma de Bases Trocáveis
CTC (t) = Capacidade de Troca Catiônica Efetiva CTC (T) = Capacidade de Troca Catiônica a pH 7,0 V = Índice de Saturação de Bases
m = Índice de Saturação de Alumínio
MO = Matéria Orgânica = Carbono orgânico x 1,724 - Walkley-Black
Quadro 5 - Análise granulométrica do substrato utilizado no plantio de Bidens pilosa L nas quatro altitudes
3.3. Instalação e condução do experimento
O experimento foi instalado e conduzido, na Zona da Mata Mineira, em quatro locais, cujas altitudes são 198, 479, 739 e 962 m, no período de junho a outubro de 2000. A localização geográfica do experimento encontra-se no Quadro 6 e suas coordenadas serviram ao cálculo das distâncias, em linha reta, entre os locais (Quadro 7). As distâncias entre os locais foram inferiores a 10 km. O clima da região é do tipo Cwa, de acordo com a classificação de Köppen. O solo é de topografia acidentada.
Quadro 6 - Localização geográfica dos quatro experimentos de Bidens pilosa L.
Locais dos experimentos Altitude Latitude Longitude Itamarati de Minas (MG), zona urbana 198 m 21o25’10” S 42o49’20” W Sítio Santa Cruz, Serra dos Caramonas,
zona rural de Itamarati de Minas (MG) 479 m 21 o
24’80” S 42o51’75” W Sítio Boa Vista, Serra dos Caramonas,
zona rural de Itamarati de Minas (MG) 739 m 21 o
23’12” S 42o53’27” W Sítio Boa Vista, Serra dos Menezes, zona
rural de Astolfo Dutra (MG) 962 m 21 o
21’99” S 42o53’46” W Os dados de altitude, latitude e longitude foram determinados com o aparelho GPS (Global Position System, modelo GPS 2000 XL, fabricado pela Magellan).
Quadro 7 - Distância, em linha reta, entre quatro locais da montagem do experimento de Bidens pilosa L.
Local 2 Local 3 Local 4
Local 1 4.410 m 7.926 m 9.335 m
Local 2 4.063 m 5.969 m
Local 3 2.110 m
A plasticidade fenotípica foi avaliada por meio do cultivo dos seis clones nas quatro altitudes, analisando a variação fenotípica dos caracteres morfológicos em quatro estádios reprodutivos. Utilizou-se o delineamento estatístico em blocos casualizados, com quatro repetições e duas plantas por parcela.
Em cada unidade experimental, utilizaram-se vasos de polietileno de 5 L, preenchidos com substrato, de massa aproximada de 5 kg. Cada vaso recebeu uma planta. As mudas foram propagadas assexuadamente, a partir de uma única
fonte matriz, em cultura de tecidos. De cada genótipo foram selecionadas, por tamanho, 128 plantas a serem mantidas nas quatro altitudes. Cada altitude recebeu 32 plantas de cada genótipo, e 192 plantas ao considerar os seis genótipos. As 32 plantas foram separadas em quatro estádios reprodutivos, sendo cada estádio representado por duas plantas mantidas dentro do mesmo bloco. A posição dos blocos foi mantida com orientação Norte-Sul nas quatro altitudes, com o bloco 1 posicionado ao Norte e o bloco 4 ao Sul e os demais interpostos.
A padronização da irrigação em todas as altitudes foi feita utilizando-se oito vasos extras colocados na extremidade de cada bloco, em cada experimento. Os oito vasos, contendo uma planta cada, serviram ao doseamento da quantidade de água a irrigar cada vaso do experimento. O procedimento foi verter 50 mL de água em cada um dos oito vasos posicionados na frente dos blocos. Após cinco minutos foi verificado se a água atingiu a lona plástica sob os vasos. Caso a lona não apresentasse umidecimento, nova medida de 50 mL era vertida nesses vasos e assim sucessivamente até notar que a água umideceu todo o substrato e atingiu a lona, mas sempre mantendo o intervalo de cinco minutos. Caso o teste de umidade indicasse a necessidade de 100 mL, então esse volume de água era usado em cada vaso do experimento. Esse procedimento, realizado diariamente nas quatro altitudes, possibilitou manter todas as plantas na capacidade de campo.
Nos experimentos, os vasos foram colocados sobre lonas plásticas pretas. Esse procedimento visou uniformizar os ambientes quanto à possível reflexão da luz solar diferenciada dos quatro locais e, além disso, serviu como barreira à penetração das raízes das plantas no solo do local, o que poderia interferir no experimento.
A colheita foi feita cortando-se o caule junto à superfície do solo. Essa colheita foi realizada nas plantas em quatro estádios reprodutivos. A primeira colheita foi feita 14 dias após o florescimento de 50% das plantas; as demais colheitas foram feitas em intervalos regulares de 14 dias após a primeira colheita. Na primeira colheita as plantas estavam no estádio de “florescimento”; na segunda colheita, no estádio de “início de frutificação”; na terceira colheita, no
3.4. Características avaliadas e coleta de dados
As características avaliadas foram as seguintes:
a) Início do florescimento (IF) - o número de dias entre a implantação do experimento e a abertura da primeira inflorescência. Essa característica foi analisada antes das demais;
b) Altura da planta (AP) - obtida em cm, a partir do solo até o maior ápice da planta;
c) Comprimento do caule (CC) - a medida foi tomada em cm, a partir do nível do solo até o ápice caulinar; em alguns casos, o comprimento do caule e a altura da planta foram os mesmos;
d) Número de nós (NO) - o número de nós foram contados, desde a base até o ápice do caule;
e) Número de ramos (NR) – computaram-se os ramos com mais de dois nós;
f) Número de capítulos (NC) - foram computados os capítulos floridos e em frutificação;
g) Massa seca caulinar (MC) - foram considerados o caule e os ramos laterais e a secagem desses foi feita em estufa de circulação forçada de ar, à temperatura de 65 oC, mantida até a obtenção de massa constante. Os dados, em gramas, foram determinados em balanças analíticas;
h) Biomassa aérea (BA) - obtida pela soma de MF e MC;
i) SPAD (SP) - o valor do SPAD está correlacionado à quantidade de clorofila da folha e os determinados pelo aparelho SPAD-502 (Minolta Co. Ltd.), em medidas de SPAD, da média de 10 folhas analisadas aleatoriamente de cada planta;
j) Número de folhas (NF) - na contagem do número de folhas, consideraram-se apenas as folhas verdes;
k) Área foliar por planta (AF) - a área foliar foi determinada inicialmente pelo equipamento Areameter, com os valores tomados de 30 folhas de cada tipo: simples, tripartida e pentapartida; colhidas aleatoriamente e tomadas suas medidas de comprimento e largura. Em cada folha da amostra obteve-se os dados
que foram aplicados à equação abaixo visando obter fator de correção médio, a ser adotado na estimativa da área foliar de cada planta do experimento:
Y = a.x; onde:
Y = Área Foliar (obtida com o “Areameter”);
a = Fator de correção (calculado em cada tipo de folha); x = C (comprimento) x L (largura).
No cálculo da área foliar por planta, tomou-se, de cada tipo de folha, a medida do comprimento e de largura separadamente de folhas pequenas, médias e grandes,