Anatomia de coléteres e natureza química das secreções em quatro espécies de plantas nativas do cerrado e seu papel ecológico em Himatanthus obovatus (Apocynaceae)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Botânica, 2012.As glândulas dos vegetais são classificadas conforme o tipo de substâncias que secretam. Estas estruturas são encontradas na face adaxial dos pecíolos de Himatanthus obovatus (Mull. Arg.) Woodson e Tabernaemontana solanifolia A. DC. (Apocynaceae), bem como em estípulas de Palicourea rigida Kunth e Tocoyena formosa (Cham. & Schltdl.) K. Schum. (Rubiaceae). Estas quatro espécies nativas são muito comuns no Cerrado e suas glândulas ainda não foram caracterizadas. O objetivo do presente trabalho é caracterizar as glândulas destas plantas, por meio da morfo-anatomia, inclusive microscopia eletrônica de varredura (MEV), observações ecológicas e identificar a natureza química e a ação biológica de suas secreções. Amostras das glândulas foram fixadas, desidratadas e metalizadas para análise sob MEV, onde os cristais foram analisados por espectroscopia de energia dispersiva (energy dispersive spectroscopy, EDS). A análise anatômica foi realizada mediante inclusão em parafina utilizando cortes seriados. Cortes das glândulas frescas foram obtidos em micrótomo e submetidos aos testes histoquímicos. As imagens dos cortes foram obtidas sob fotomicroscópio com sistema de captura. Observações de campo, especialmente em H. obovatus, foram registradas por anotações, fotografias e filmes. As secreções de H. obovatus, P. rigida e T. formosa foram removidas das glândulas e liofilizadas. A matéria seca foi quantificada e foram realizados testes bioquímicos. Realizaram-se bioensaios com a secreção de P. rigida e T. formosa, usando-se os fungos fitopatogênicos Fusarium solani (Mart.) Sacc e duas cepas de Colletotrichum gloeosporioides (Penz.) Penz. & Sacc. As secreções das glândulas reagiram positivamente ao vermelho de rutênio, o que evidencia as mucilagens ácidas. A composição das secreções, assim como a morfologia das glândulas possibilitaram sua identificação como coléteres. Eles são típicas emergências, constituídos por um núcleo parenquimático, revestido por epiderme em paliçada, exceto em P. rigida, onde foi constatado coléter do tipo "simples", não relatado na literatura, que possivelmente representa uma condição derivada em relação às emergências. Coléteres do tipo padrão ("standard") foram constatados, todos sem poros em sua superfície. Em T. formosa, eles possuem pedúnculo. Os coléteres em P. rigida são vascularizados, com um feixe xilemático central e floema. Os coléteres em P. rigida possuem cristais prismáticos e ráfides, constituídos por cálcio, níquel, nióbio e alumínio, conforme análise em EDS. Aparentemente este é um relato inédito da presença destes três últimos elementos na constituição química de cristais em plantas. Os testes histoquímicos revelaram pectinas, substâncias lipídicas e proteínas nas secreções dos coléteres das quatro espécies. Açúcares redutores foram verificados em H. obovatus e T. solanifolia e alcalóides em P. rigida e compostos fenólicos em T. solanifolia. A metodologia de obtenção das secreções foi muito satisfatória, sendo vantajoso seu uso em estudos fitoquímicos. As maiores quantidades de secreção obtidas foram de 500 mg para P. rigida e T. formosa . As quantidades médias de matéria seca das secreções, seus açúcares solúveis totais e proteínas foram, respectivamente, para cada espécie: H. obovatus – 0,68 mg/pecíolo, 69,2 μg/mg e 82,9 μg/mg; P. rigida – 5 mg/gema, 162,2 μg/mg e 76,8 μg/mg; T. formosa – 13,8 mg/gema, 174 μg/mg e 89 μg/mg (quantidades por mg de secreção). Os monossacarídeos detectados foram fucose nas três espécies analisadas e manose, arabinose e xylose em H. obovatus. Os bioensaios mostraram diferenças discretas, mas significativas entre o controle e o tratamento com as secreções. Formigas foram encontradas nos pecíolos de H. obovatus, onde permaneceram paradas e secreção foi constatada em seu aparelho bucal. Defesa do território também foi um comportamento observado. Os resultados indicam que as secreções dos coléteres estudados são de natureza química complexa, onde mucilagens, lipídios, proteínas e açúcares solúveis estão presentes. Os coléteres encontrados em H. obovatus, cujas secreções apresentaram as menores quantidades de açúcares solúveis e as maiores quantidades de fucose, estabelecem relações interespecíficas entre esta planta e várias espécies de formigas, que podem estar utilizando suas secreções como fonte alimentar, ou outra finalidade. O significado ecológico e evolutivo dos resultados é discutido. _______________________________________________________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe glands of the plants are classified according to the type of substances which secrete. These structures are found in the adaxial side of petioles from Himatanthus obovatus (Mull. Arg.) Woodson and Tabernaemontana solanifolia A. DC. (Apocynaceae), as well as in stipules of Palicourea rigida Kunth and Tocoyena formosa (Cham. & Schltdl.) K. Schum. (Rubiaceae). These four native species are very common in the Cerrado and their glands have not yet been characterized. The objective of this study is to characterize the glands of these plants, by means of the morphology and anatomy, including scanning electron microscopy (SEM), ecological observations and identify the chemical nature and the biological action of their secretions. Samples of the glands were fixed, dehydrated and metallized for analysis under SEM, where the crystals were analyzed by energy dispersive spectroscopy (energy dispersive spectroscopy, EDS). The anatomical analysis was performed on paraffin inclusion using serial sections. Sections of fresh glands were obtained in a and subjected to histochemical tests. The images of the cuts were obtained under fotomicroscopio with capture system. Observations from field, especially in H. obovatus were recorded by annotations, photos and movies. The secretions of H. obovatus, P. rigida and T. formosa were removed from glands and lyophilized. The dry matter was quantified and were carried out biochemical tests. Bioassays were performed with the secretion of P. rigida and T. formosa, using the phytopathogenic effects on succeeding fungi Fusarium solani (Mart.) Sacc. and two strains of Colletotrichum gloeosporioides (Penz.) Penz. & Sacc. The secretions from glands reacted positively to the red of ruthenium, which highlights the mucilage acidic. The composition of secretions, as well as the morphology of glands allowed its identification as colleters. They are typical emergencies, consisting of a core parenchymatous, coated by epidermis in palisade, except in P. rigida, where it was found coleter of type "simple", not reported in the literature, which possibly represents a derived condition in relation to emergencies. Colleters standard type (“standard") were found, all without pores on its surface. In T. formosa, they have flower stalk. Colleters in P. rigida are vascularized, with a central vascular and phloem. Colleters in P. rigida have prismatic crystals and rafides, consisting of calcium, nickel, niobium and aluminum, as analysis in EDS. Apparently this is a unpublished report of the presence of these last three elements in the constitution chemistry of crystals in plants. The histochemical tests revealed pectins, lipid and protein in the secretions of colleters of the four species. Reducing sugars were recorded in H. obovatus and T. solanifolia, alkaloids in P. rigida and phenolic compounds in T. solanifolia. The methodology for obtaining secretions was very satisfactory, being advantageous its use in studies phytochemicals. The largest quantities of secretion were obtained from 500 mg to P. rigida and T. formosa. The average amounts of dry matter of secretions, its soluble sugars and total proteins were, respectively, for each species: H. obovatus - 0.68 mg/petiole, 69.2 μg/mg and 82.9 μg/mg; P. rigida - 5 mg/gema, 162.2 μg/mg and 76.8 μg/mg; T. formosa - 13.8 mg/gema, 174,2 μg/mg, and 89 μg/mg (quantities per mg of secretion). Monosaccharides detected were fucose in the three species analyzed and mannose, arabinose and xylose in H. obovatus. The bioassays showed differences discreet but significant between the control and the treatment with the secretions. Ants were found in petioles of H. obovatus, where they remained standing and secretion was observed in its mouthparts. Defense of the territory was also an observed behavior. The results indicate that the secretions of colleters studied are of chemical nature complex, where mucilage, lipids, proteins and soluble sugars are present. Colleters found in H. obovatus, whose secretions showed the smallest quantities of soluble sugars and the largest quantities of fucose, establish interspecific relations between this plant and several species of ants, which may be using their secretions as a food source, or other purpose. The ecological and evolutionary significance of the results are discussed