RASTREAMENTO DE INDUTORES DE TOLERÂNCIA EM CULTIVARES DE ALGODÃO (Gossypium hirsutum L) SOB DÉFICIT HÍDRICO

Abstract

RESUMO: A escassez de água representa um desafio para a agricultura, especialmente nas regiões semiáridas. O desenvolvimento de técnicas de gestão que melhorem os mecanismos de defesa contra o déficit hídrico é crucial para melhorar a produtividade das culturas agrícolas. O presente estudo foi desenvolvido para testar a hipótese que a aplicação de agentes sinalizadores ativa respostas de defesa para melhorar o desempenho de cultivares contrastantes de Gossypium hirsutum L. sob condições de déficit hídrico. Investigações fisiológicas, bioquímicas e de crescimento foram conduzidas em dois experimentos conduzidos em casa de vegetação. O primeiro experimento teve como objetivo identificar três cultivares de algodão contrastantes em resposta ao déficit hídrico e duas níveis hídricos caracterizados como controle e estresse. Após a seleção, o segundo experimento envolveu a pulverização foliar com moléculas sinalizadoras em plantas sob estresse. O Capítulo 1 fornece uma visão geral do estado atual do conhecimento e discute temas-chave ao longo da pesquisa. O Capítulo 2 apresenta os resultados do primeiro experimento, em que se investigou seis cultivares atualmente cultivadas na região semiárida para compreender suas características sob condições de limitação hídrica. Os dados revelaram que as cultivares de algodão apresentam respostas distintas, com alta sensibilidade a 40% da capacidade de campo (CC), representando um estresse severo. A irrigação com umidade no solo equivalente a 80% da CC mostrou-se uma estratégia viável para o cultivo das cultivares FM 970, FM 974 e FM 985, apresentando desempenho semelhante ou superior em relação às plantas cultivadas com 100% da CC. Entretanto, a disponibilidade de água equivalente a 60% da CC representou estresse hídrico moderado, onde as cultivares FM 970, FM 978 e FM 985 apresentaram maior tolerância. Esse desempenho superior foi associado com o acúmulo de pigmentos e eficiência fotossintética, resultando em menores danos oxidativos aos tecidos aéreos. Por outro lado, a sensibilidade das cultivares FM 911 e FM 912 ficou evidente devido à redução da biomassa, desempenho fotossintético e aumento da peroxidação lipídica. No Capítulo 3 foram realizados estudos para elucidar o papel da aplicação de agentes sinalizadores (Ácido Salicílico - SA, Melatonina - MT e Peróxido de Hidrogênio - HP) na ativação de respostas de defesa de cultivares contrastantes de G. hirsutum L. sob 9 condições de déficit hídrico. Os dados revelaram que o déficit hídrico impõe severas restrições ao metabolismo e crescimento do algodoeiro. As plantas apresentaram respostas variáveis, cujos efeitos dependeram da interação entre o agente sinalizador e a cultivar em estudo. O ácido salicílico exógeno mitigou os danos causados pelo estresse no crescimento da cultivar FM 911, uma resposta atribuída à maior eficiência fotossintética e ao aumento do potencial antioxidante. Por outro lado, as cultivares tolerantes de algodão (FM 970) exibiram respostas fisiológicas relevantes quando tratadas com SA, MT e HP, associadas à alta eficiência fotossintética, acúmulo de pigmentos e redução do potencial osmótico. No entanto, estes tratamentos não resultaram no aumento do crescimento das plantas sob condições de estresse durante o período de estudo. Como conclusão, os dados fornecem informações sobre cultivares de algodão herbáceo (FM 970 e FM 974) com maior potencial para cultivo sob restrição hídrica. A aplicação do ácido salicílico pode constituir uma importante estratégia para cultivo de plantas FM 911 e FM 970 sob limitação hídrica, sendo capaz de aliviar os danos do estresse. Mais estudos são necessários para validar o potencial dos compostos sinalizadores no cultivo do algodoeiro sob restrição hídrica, especialmente visando avaliar o impacto dos tratamentos no potencial produtivo em condições de campo. ABSTRACT:The water scarcity poses a challenge for agriculture, especially in semi-arid regions. Developing management techniques that enhance defense mechanisms against water deficit is crucial for improving the productivity of agricultural crops. The present study was conducted to test the hypothesis that the application of signaling agents activate defense responses to enhance the performance of contrasting cultivars of Gossypium hirsutum L. under drought. Physiological, biochemical, and growth investigations were carried out in two greenhouse experiments. The first experiment aimed to identify three contrasting cotton cultivars in response to water deficit and two water levels characterized as control and stress. After selection, the second experiment involved foliar spraying with signaling molecules on stressed plants. Chapter 1 provides an overview of the current state of knowledge and discusses key themes throughout the research. Chapter 2 presents the results of the first experiment, where six cultivars currently grown in the semi-arid region were investigated to understand their characteristics under water-limiting conditions. The data revealed that cotton cultivars exhibit distinct responses, with high sensitivity at 40% of field capacity (FC), representing severe stress. Irrigation with soil moisture equivalent to 80% of FC proved to be a viable strategy for cultivating FM 970, FM 974, and FM 985 cultivars, showing similar or superior performance compared to plants grown with 100% of FC. However, water availability equivalent to 60% of FC represented moderate water stress, where FM 970, FM 978, and FM 985 cultivars showed higher tolerance. This superior performance was associated with the accumulation of pigments and photosynthetic efficiency, resulting in lower oxidative damage to aerial tissues. On the other hand, the sensitivity of FM 911 and FM 912 cultivars was evident due to reduced biomass, photosynthetic performance, and increased lipid peroxidation. In Chapter 3 the studies were carried out to elucidate the role of signaling compounds (Salicylic Acid - SA, Melatonin - MT, and Hydrogen Peroxide - HP) in activating defense responses of contrasting G. hirsutum L. cultivars under water deficit. The data revealed that water deficit imposes severe restrictions on cotton metabolism and growth. Plants showed variable responses, with effects depending on the interaction between the signaling molecule and the cultivar. Exogenous salicylic acid mitigated stress-induced damage to the growth of FM 911 11 cultivar, a response attributed to higher photosynthetic efficiency and increased antioxidant potential. In contrast, tolerant cotton cultivars (FM 970) exhibited relevant physiological responses when treated with SA, MT, and HP, associated with high photosynthetic efficiency, pigment accumulation, and reduced osmotic potential. However, these treatments did not result in increased plant growth under stress conditions during the study period. In conclusion, the data provide information on herbaceous cotton cultivars (FM 970 and FM 974) with greater potential for cultivation under water restriction. The application of salicylic acid may constitute an important strategy for cultivating FM 911 and FM 970 plants under water limitation, capable of alleviating stress-induced damage. Further studies are needed to validate the potential of signaling compounds in cotton cultivation under water restriction, especially to assess the impact of treatments on productive potential under field conditions.