Avaliação do metabolismo oxidativo em Pitcairnia encholirioides L. B. Sm. (Bromeliaceae) in vitro e ex vitro e sob desidratação

Bromeliaceae is essentially a neotropical family, whose representatives are widely used for landscaping. One major source of supply for the consumer market is the extraction, which coupled with the destruction of the natural environment, has led to irreparable losses in biodiversity of the family, especially in the Atlantic Forest, where about 40% of bromeliad species are under some category of threat. Pitcairnia encholirioides L. B. Sm. is a critically endangered species. In 2004, a unique population of this species was found, with about 900 individuals in a very degraded rocky outcrop, subject to fire and trampling by animals, located in Santa Maria Madalena, RJ. The use of micropropagation can guarantee high multiplication rates, providing necessary material for the consumer market, effectively obviating the extraction of plants in their places of origin. In addition, installation and in vitro conservation of germplasm banks have special importance, ensuring the survival of rare species and/or endemic and providing micropropagated plants for reintroduction initiatives. Following the procedures of in vitro multiplication and rooting, the final stage of micropropagation is the ex vitro acclimatization, a critical period for the plants due to water loss, which causes water stress and, consequently, oxidative stress, which can cause metabolic problems and high losses. In this study, Pitcairnia encholirioides was grown for 150 days in vitro in a culture medium supplemented with two growth regulators (GA3 or NAA), and two concentrations of sucrose (15 or 30 g L-1) in two types of sealing of test tubes (hermetic seal with lids and PVC film and seal with lids that allowed gas exchange), totaling eight treatments, after which the plants were transferred to ex vitro conditions in a greenhouse, staying for more than 180 days. Two of these treatments were selected for analysis of dehydration when their plants were subjected to 30, 42 or 54 days without irrigation, apart from control irrigated periodically, being subsequently rehydrated for 90 days. After periods of in vitro cultivation and maintenance of the plants in the greenhouse, they were analyzed for proline content, total protein, activities of antioxidant metabolism enzymes SOD, CAT, POD and PPO, besides the content of photosynthetic pigments. Apart from these parameters, after dehydration and rehydration, levels of carbohydrates were also assessed. In general, the in vitro culture in medium containing the lowest concentration of sucrose and hermetically sealed tubes proved to be harmful, which was evidenced by lower levels of proline, increased 4 activity of antioxidant enzymes and lower accumulation of photosynthetic pigments. After the acclimatization period, no differences were found between treatments for most parameters, or data varied so as to not allow a generalization about the residual effects of sucrose, the type of cover and of the growth regulators used in the in vitro cultivation. During the period in which the plants were subjected to water stress, higher accumulation of proline and total soluble proteins occurred, and also increased levels of photosynthetic pigments in tissues from plants grown in vitro in medium containing 30 g L-1 sucrose and GA3. There was also, in general, sharper decrease in enzyme activity in medium with the lowest concentration of sucrose and NAA, as well as fluctuations in pigment. Relations between pigments suffered slight reduction in both treatments, and total soluble carbohydrates, sucrose, reducing sugars and starch increased with increasing stress. After rehydration, all plants showed high resilience, presenting for all analyzes values very similar to those of control plants not subjected to dehydration. The results indicate that the in vitro culture in medium supplemented with 30 g L-1 sucrose and tubes that allow gas exchange are the most appropriate. Moreover, the concentration of sucrose added to the culture medium also influences the development of plants after acclimatization, with best results found in plants grown in media supplemented with higher amount of this carbohydrate. It is believed that plants grown under these conditions would have higher capacity of resistance to transplanting and could survive for prolonged periods of water stress, which are often subjected in the natural environment.Bromeliaceae é uma família essencialmente neotropical, cujos representantes são muito utilizados para fins paisagísticos. Uma das principais fontes de abastecimento do mercado consumidor de bromélias é o extrativismo o que, associado à destruição do ambiente natural, tem levado a perdas irreparáveis na biodiversidade da família, especialmente na Mata Atlântica, onde cerca de 40% das espécies encontram-se sob alguma categoria de ameaça. Pitcairnia encholirioides L. B. Sm. é uma espécie “criticamente em perigo” de extinção, sendo conhecida somente uma população dessa espécie, com cerca de 900 indivíduos, encontrada em 2004 em um afloramento rochoso muito degradado e sujeito ao fogo e ao pisoteio de animais, no município de Santa Maria Madalena, RJ. A utilização das técnicas de micropropagação pode reverter os riscos de extinção garantindo taxas elevadas de multiplicação, fornecendo material necessário ao mercado consumidor, evitando, dessa forma, o extrativismo das plantas nos seus locais de origem. A instalação e a conservação in vitro de bancos de germoplasma possuem especial importância, garantindo a sobrevivência de espécies raras e/ou endêmicas e fornecendo plantas para iniciativas de reintrodução. A etapa final da micropropagação é a aclimatização ex vitro, realizada após os procedimentos de multiplicação e enraizamento in vitro. A aclimatização é um período crítico para as plantas devido à perda de água, o que causa estresse hídrico e, como consequência, estresse oxidativo, podendo provocar problemas metabólicos e perdas elevadas. No presente trabalho, Pitcairnia encholirioides foi cultivada in vitro por 150 dias em meio de cultura adicionado de dois reguladores de crescimento (GA3 ou ANA), além de duas concentrações de sacarose (15 ou 30 g L-1) e sob dois tipos de vedação dos tubos de ensaio (vedação hermética com tampas e filme de PVC ou vedação com tampas que permitiam trocas gasosas), totalizando 8 tratamentos, período após o qual as plantas foram transferidas para condições ex vitro, em casa de vegetação, permanecendo por mais 180 dias. Dois desses tratamentos foram selecionados para as análises de desidratação, quando suas plantas foram submetidas a 30, 42 ou 54 dias sem irrigação, além do controle irrigado periodicamente, sendo posteriormente reidratadas durante 90 dias. Após os períodos de cultivo in vitro e permanência das plantas em casa de vegetação, foram realizadas análises dos conteúdos de prolina, proteínas totais, atividades das enzimas do metabolismo antioxidativo SOD, CAT, POD e PPO, além 2 dos teores de pigmentos fotossintetizantes. Além desses parâmetros, após desidratação e reidratação foram também avaliados os teores de carboidratos. De maneira geral, o cultivo in vitro em meio adicionado da menor concentração de sacarose e em tubos vedados hermeticamente se mostrou prejudicial, o que foi evidenciado pelo menor acúmulo de prolina, aumentos nas atividades das enzimas antioxidativas e menor acúmulo de pigmentos fotossintéticos. Após o período de aclimatização, não foram encontradas diferenças entre os tratamentos para a maioria dos parâmetros analisados, ou os dados oscilaram de maneira a não permitir uma generalização quanto aos efeitos residuais da sacarose, do tipo de tampa e dos reguladores de crescimento utilizados durante o cultivo in vitro. No período em que as plantas foram submetidas à desidratação progressiva, houve maior acúmulo de prolina e proteínas solúveis totais, além de aumento nos teores de pigmentos fotossintéticos nos tecidos provenientes de plantas cultivadas in vitro em meio contendo 30 g L-1 de sacarose e GA3. Houve também, em geral, queda mais acentuada nas atividades das enzimas em meio suplementado com a menor concentração de sacarose e ANA, além de oscilações nos teores de pigmentos. As relações entre os pigmentos sofreram leve redução em ambos os tratamentos, e os teores de carboidratos solúveis totais, sacarose, açúcares redutores e amido aumentaram com o prolongamento do estresse. Após a reidratação, todas as plantas demonstraram elevada capacidade de recuperação, apresentando em todas as análises realizadas valores muito similares aos das plantas do controle, não submetidas à desidratação. Os resultados obtidos no trabalho permitem concluir que o cultivo in vitro em meio adicionado de 30 g L-1 de sacarose e em tubos de ensaio que permitem trocas gasosas é o mais apropriado para plantas de P. encholirioides. Ademais, a concentração de sacarose adicionada ao meio de cultura também influencia o desenvolvimento das plantas após aclimatização, sendo encontrados melhores resultados em plantas cultivadas nos meios de cultura suplementados com a maior concentração desse carboidrato. Acredita-se que as plantas cultivadas nessas condições apresentariam maior capacidade de sobrevivência ao transplantio e maior resistência a períodos prolongados de estresse hídrico, aos quais, frequentemente, estão submetidas no ambiente natural.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio