Influência da salinidade sobre a organização celular, parâmetros bioquímicos e morfometria da grama marinha Halodule wrigtii Ascherson

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e do Desenvolvimento, Florianópolis, 2017.Salinidade é um importante componente do meio ambiente que pode influenciar a estrutura e a função das comunidades de gramas marinhas. Especialmente quando expostas a mudanças de salinidade, tais comunidades sofrem estresse osmótico, traduzindo-se em alterações morfológicas e fisiológicas. Halodule wrightii Ascherson é uma grama marinha de grande relevância ecológica e com ampla distribuição na zona costeira tropical e subtropical, sendo encontrada também em ambientes estuarinos. A espécie prefere áreas com salinidades próximas a 35, no entanto, esta consegue suportar condições de salinidade adversas. Dessa forma, H. wrightii constitui um excelente material para identificação de mecanismos celulares e fisiológicos envolvidos com a resistência a esse estresse abiótico. Utilizando a espécie H. wrightii como modelo, a presente pesquisa tem como objetivo principal determinar os efeitos de diferentes salinidades sobre os mecanismos adaptativos e efeitos biológicos na organização celular, parâmetros bioquímicos e morfometria das estruturas vegetativas (raiz, rizoma e lâmina foliar) desta grama marinha. Para isso, as plantas foram cultivadas por 21 dias nas salinidades 25, 35 e 45. A espécie apresentou diversas alterações celulares e bioquímicas sob estresse hipo e hipersalino. Estas alterações ocorreram em todos os órgãos vegetativos da planta, mas principalmente na lâmina foliar. Na raiz, a salinidade 45 levou a um aumento na sua espessura e na quantidade de pelos radiculares, os quais também devem aumentar a barreira ao fluxo radial de íons. Na lâmina foliar observou-se mais hidropótios em amostras expostas à salinidade 45 com aumento das invaginações da membrana plasmática e parede celular, que aumentam a área superficial, facilitando as trocas com o ambiente. Estas invaginações também foram observadas nas outras células epidérmicas da lâmina foliar de todas as amostras, em menores proporções, foram observadas nas amostras da salinidade 25. Em particular, observou-se uma retração significativa da membrana plasmática em amostras expostas à salinidade 45, com possível deposição de compostos entre a membrana e a parede celular. O estresse osmótico em amostras expostas à salinidade 45 diminuiu a quantidade de proteínas totais, bem como o número de cloroplastos epidérmicos, além de afetar a organização interna destas organelas com o aumento de plastoglóbulos e tilacoides por granum. A condição hipersalina levou a um aumento na concentração de açúcares na raiz e no rizoma. Na lâmina foliar, ocorreu aumento na concentração destes açucares nas amostras sob estresse hipo e hipersalino. Compostos fenólicos foram encontrados nas células epidérmicas foliares das amostras das salinidades 25 e 45. Estes compostos foram também detectados nas paredes celulares epidérmicas do rizoma e lâmina foliar, em menor proporção na salinidade de 25. As amostras que apresentaram os valores mais baixos de concentração de compostos fenólicos na raiz (salinidades 25 e 45) alcançaram os valores mais altos na lâmina foliar. Maiores concentrações de flavonólicos foram encontradas na lâmina foliar, na condição hiposalina. As arabinogalactana-proteínas foram visualizadas de forma intensa no citoplasma e na membrana plasmática das células epidérmicas foliares das amostras sob condição hipersalina, servindo, assim, como mecanismo de estabilização de membrana. Este estudo mostrou que a H. wrightii consegue sobreviver à variação de salinidade de 25 a 45, num período de 21 dias, sem alterar sua taxa de crescimento, entretanto na salinidade 35 a planta possui maior viabilidade celular. O estresse salino, tanto hipo quanto hipersalino, diminuiu a viabilidade celular na espécie estudada. Modificações ultraestruturais permitiram à H. wrightii suportar salinidades 45; no entanto, as alterações no aparato fotossintetizante demonstraram que esta espécie tolera melhor salinidades abaixo deste valor.Abstract : Salinity is an important environmental component that can influence the structure and function of seagrasses communities. In particular, when exposed to salinity changes conditions, seagrasses undergo osmotic stress that are, in turn, reflected in morphological and physiological changes. The ecologically important seagrass Halodule wrightii Ascherson is widely distributed in the coastal tropical and subtropical zone, as well as estuarine environments. This species prefers areas with approximate salinities 35, but it can also tolerate adverse salt conditions, making this species an excellent model for the identification of cellular and physiological mechanisms involved in the resistance to this abiotic stress. Accordingly, we used H. wrightii as a model seagrass to determine the effect of different salinities on adaptive mechanisms and biological effects on cell organization, biochemical parameters and morphometry of its vegetative structures, including root, rhizome and leaf blade. To accomplish this, plants were cultivated for 21 days at salinities 25, 35 and 45. The species presented several cellular and Biochemical alterations under hypo and hypersaline stress. These changes occurred in all vegetative organs of the plant, but mainly in the leaf blade. At the root, the salinity 45 led to an increase of your thickness and quantity of root hairs, which, in turn, results in an increasing barrier to the radial flow of ions. In the leaf blade, more hydropotens were observed in samples exposed to salinity 45 with increased invaginations of the plasma membrane and cell wall. This increases the surface area of the leaf, facilitating exchanges with the environment. These invaginations were also observed in other epidermal cells of the leaf blade in all the samples, albeit in smaller proportions in samples treated in salinity 25. In particular, a significant retraction of the plasma membrane was observed in samples exposed to salinity 45, with possible deposition of compounds between the membrane and the cell wall. Osmotic stress in samples exposed to salinity 45 decreased the amount of total proteins, as well as the number of epidermal chloroplasts, in addition to affecting the internal organization of these organelles with the increase of plastoglobules and thylakoids by granum. Hypersaline condition led to an increase in the concentration of total sugars in the root and rhizome. In the leaf blade, increased concentration of these sugars occurred in the samples under both hypo- and hypersaline stress. Phenolic compounds were found in leaf epidermal cells of samples treated with salinities 25 and 45. They were also detected in the epidermal cell walls of the rhizome and leaf blade, albeit in lower proportion in samples treated with salinity 25. Samples that presented the lowest values of phenolic compounds in the root (salinity 25 and 45) reached the highest values in the leaf blade. Higher concentrations of flavonoids were found in the leaf blade in hyposaline condition. The arabinogalactan-proteins were intensely visualized in the cytoplasm and plasma membrane of the epidermal cells of the samples under hypersaline conditions, serving as membrane stabilization mechanism. These findings led us to conclude that H. wrightii can survive salinity variations from 25 to 45 for a period of 21 days without altering its growth rate. In salinity 35, the plant has greater cellular viability. Nevertheless, salt stress, both hypo and hypersaline, did decrease cell viability in this species. While ultrastructural modifications allowed H. wrightii to withstand salinity 45, changes in the photosynthetic apparatus showed that this species best tolerates salinities below this value