Physiological evaluation of annatto plants (Bixa orellana L.)

O presente trabalho teve por objetivos: (a) analisar a capacidade fotossintética de dois grupos de material vegetal sob condições de campo: plantas adultas com frutos verdes pilosos e plantas com frutos avermelhados pilosos; (b) avaliar o desenvolvimento de explantes cultivados in vitro submetidos a diferentes densidades de fluxo de luz; e (c) estudo anatômico de folhas de plantas adultas e in vitro. As hipóteses testadas foram: (a) existem diferenças na capacidade fotossintética entre os dois grupos de planta analisados; (b) alguns dos parâmetros das curvas de resposta da fotossíntese líquida à luz e ao CO² devem estar correlacionados com os teores dos pigmentos cloroplastídicos; (c) os carotenóides totais presentes nas folhas de Urucum podem desempenhar papel foto-protetor ao estresse foto-oxidativo, possibilitando que explantes cultivados in vitro possam se desenvolver a altas densidades de fluxo de luz. Verificou-se que ambos os grupos de plantas não apresentaram diferenças estatísticas significativas em seus parâmetros das curvas de resposta da fotossíntese líquida à luz e ao CO² . Assim sendo, para estes grupos foram encontrados os valores médios seguintes: 19,17 μmol m-² s-¹ para a estimativa assintótica da taxa fotossintética bruta máxima, 22,6 μmol m-² s-¹ para o ponto de compensação de luz, 1274 μmol m-² s-¹ para o ponto de saturação de luz, 15,38 μmol m -2 s -1 para a estimativa assintótica da taxa fotossintética líquida máxima, 63,0 μmol mol-¹ para o ponto de compensação de CO² e 0,1403 mol m-² s-¹ para a eficiência carboxilativa da Rubisco. Foram observadas as seguintes correlações lineares: entre a eficiência quântica máxima e a irradiância de saturação (r = -0,7794; P = 0,0176), entre a estimativa assintótica da taxa fotossintética bruta máxima e a irradiância de saturação (r = 0,8780; P = 0,0018), entre a estimativa assintótica da taxa fotossintética líquida máxima e o ponto de compensação de CO² (r = -0,6242; P = 0,0408), entre a eficiência carboxilativa e o ponto de compensação de CO² (r = -0,8208; P = 0,0067), entre a limitação estomática à fotossíntese e a concentração intercelular de CO² para uma concentração ambiental de 400 μmol mol-¹ (r = -0,8927; P = 0,0012), entre a eficiência quântica e o teor de clorofila a (r = -0,8887; P = 0,0014), clorofila b (r = -0,8505; P = 0,0037) e clorofilas totais (r = -0,9033; P = 0,0008) e entre a limitação estomática à fotossíntese e o ponto de compensação de luz (r = -0,6751; P = 0,0460). Verificou-se que ambos grupos não diferiram entre si nos teores de pigmentos cloroplastídicos, com uma média de 1629,6 mg kg-¹ de clorofila a, 643,4 mg kg-¹ de clorofila b e 2272,9 mg kg-¹ de carotenóides totais; também não houve diferença estatística entre os teores de bixina nas sementes das plantas de ambos os grupos, com um valor médio de 4,42% que as classificam como boas produtoras do corante. Os teores de bixina não se correlacionaram com nenhuma das variáveis da capacidade fotossintética das plantas. Verificou-se a presença de um grande número de idioblastos ramificados nas folhas das plantas adultas e in vitro com presença de substâncias lipofílicas identificadas como sendo bixina, por meio de reação com Sudan IV e cromatografia em camada fina. Os explantes de Urucum cultivados in vitro apresentaram foto-inibição a partir de uma densidade de fluxo de 150 μmol m-² s-¹ , identificado pela relação F v /F m igual a 0,581 aos 45 dias de exposição. Sob condições de foto-inibição, apenas a atividade da peroxidase apresentou incremento estatisticamente significativo, ao passo que a superóxido dismutase e a catalase não alteraram significativamente suas atividades, concluindo-se que os carotenóides não foram ativos na mitigação desse estresse.The present work had by objectives: (a) analysis of the photosynthetic capacity of two groups of plant material (plants with hairy green fruits and plants with hairy like- red fruits) under field conditions; (b) evaluate the development of in vitro explants under different light flux density; and (c) histological analysis of adult and in vitro- grown leaves. The experimental hypotheses were: (a) the occurrence of differences in the photosynthetic capacity between the two groups of plants; (b) some response parameters linked to net photosynthesis, light and CO² may be correlated with the amount of chloroplastidic pigments; (c) total carotenoids in Annatto leaves may have a photo-protective role against photo-oxidative stress, though enabling in vitro cultured explants to develop under high light flux density. Both groups of plants did not show statistical differences in the response curve parameters to net photosynthesis, light and CO² . These groups displayed the following mean values: 19.17 μmol m-² s-¹ for maximum gross photosynthesis rate; 22.6 μmol m-² s-¹ for light compensation point; 1274 μmol m-² s-¹ light saturation point; 15.38 μmol m-² s-¹ for maximum net photosynthesis rate; 63.0 μmol mol-¹ for CO² compensation point, and 0.1403 mol m-² s-¹ for carboxylation efficiency of Rubisco. There were linear correlations between maximum quantum efficiency and light saturation point (r = -0.7794; P = 0.0176); maximum gross photosynthesis rate and light saturation point (r = 0.8780; P = 0.0018); maximum net photosynthesis rate and CO² compensation point (r = -0.6242; P = 0.0408); carboxylation efficiency and CO² compensation point (r = -0.8208; P = 0.0067); stomatal limitation of photosynthesis and intercellular CO² concentration for an environmental concentration of 400 μmol mol-¹ (r = -0.8927; P = 0.0012); quantum yield and the amount of chlorophyll a (r = -0.8887; P = 0.0014); chlorophyll b (r = -0.8505; P = 0.0037) and total chlorophylls (r = -0,9033; P = 0,0008); and stomatal limitation of photosynthesis and light compensation point (r = -0.6751; P = 0.0460). No differences were detected in the amount of chloroplastidic pigments whose means were: 1629.6 mg kg-¹ chlorophyll a, 643.4 mg kg-¹ chlorophyll b and 2272.9 mg kg-¹ total carotenoids. Likewise, no differences were detected between the amount of bixin in seeds of both groups, averaging 4.42%. The amount of bixin dit not correlate with any variable of the photosynthetic capacity of the Annatto plants. Leaves of field and in vitro-plants contained a lot of branched idioblasts with lipophylic content, identified as bixin, by means of histochemical assay with Sudan IV and thin layer chromatography. Explants of Annatto showed photo-inhibition from 150 μmol m-² s-¹ light flux density, as indicated by F v /F m (0.581) at 45 days of culture. Under photo-inhibitory conditions, only the peroxidases activity displayed significant increase, whereas superoxide dismutase and catalase did not alter their activities, leading to the conclusion that carotenoids did not play any role in reducing stress.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic