CLEITON JOSÉ ALVES CITOCININA NA CULTURA DO ARROZ DE TERRAS ALTAS Botucatu 2019 51 CLEITON JOSÉ ALVES CITOCININA NA CULTURA DO ARROZ DE TERRAS ALTAS Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da Unesp Campus de Botucatu, para obtenção do título de Doutor em Agronomia (Agricultura). Orientador: Carlos Alexandre Costa Crusciol Botucatu 2019 A474c Alves, Cleiton José Citocinina na cultura do arroz de terras altas / Cleiton José Alves. -- Botucatu, 2019 106 p. : il., tabs. Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu Orientador: Carlos Alexandre Costa Crusciol 1. Agronomia. 2. Arroz de terras altas. 3. Fisiologia vegetal. 4. Nutrição de plantas. I. Título. Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Biblioteca da Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu. Dados fornecidos pelo autor(a). Essa ficha não pode ser modificada. 51 51 À minha família, dedico. 51 AGRADECIMENTOS Primeiramente a DEUS. Aos meus pais, José e Orotilde, pela educação que me deram e por ter mostrado o caminho que um homem honrado deve seguir. Aos meus irmãos, Kele e Wellington, por todo suporte e amizade que sempre me deram. Ao Professor Dr. Carlos Alexandre Costa Crusciol, uma pessoa de conduta exemplar que proveu todo o alicerce para eu alcançar esse título. Tenho certeza que mais do que um orientador, foi um Amigo. Aos amigos da República, Cristiano Pariz, Jorge Martinelli, Saulo Simões, Luiz Moretti, Murilo de Souza e Heitor Reis, pessoas que me receberam muito bem em Botucatu e sempre estiveram presentes, compartilhando dos bons e maus momentos. Aos estagiários Lucas Oshiro (Kuniling) e Bruno Scalice (Zeca Urubu), pela disponibilidade em ajudar, não foram poucas as atividades ao longo de quatro anos. Aos amigos, Gabriela Siqueira, Letusa Momesso, Sueko Tanaka, Ariani Garcia, Nídia Costa, Daniele Scudeletti, Leila Bernart, Marcelo Volf, Murilo de Campos, João Bossolani, Vitor Rodrigues, Rafael Vilela, Claudio Martins, Jayme Ferrari, Antônio Carmeis, Luiz Jordão, Danilo Almeida, Kassiano Rocha e Leontino Oliveira, todos contribuíram de alguma forma na minha caminhada. Ao corpo de docentes e servidores da Faculdade de Ciências Agronômicas (FCA) – Unesp, Campus de Botucatu, pela contribuição na minha aprendizagem e atividades ao longo desses anos. À Faculdade de Engenharia – Unesp, Campus de Ilha Solteira, por tudo que vivi e aprendi durante a graduação e mestrado. À Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, por fornecer a estrutura onde realizei parte da minha tese. Ao Professor Dr. Joseph John Kieber, por ter me aceitado com aluno temporário em seu laboratório, fornecer recursos e contribuir cientificamente para com minha pesquisa. Aos amigos do Kieber’s Lab, Kwame, Kevin, Daniel, Asia, Charlie, Christian e Jamie, pela amizade e respeito ao longo dos 12 meses que convivemos. A todos os brasileiros que conheci na Carolina do Norte, Paulo Teixeira, Joana Araújo, Lucas Mariani, Jéssica Miranda, Ana Nogueira, Amanda Matrai e principalmente aos amigos do Brazilian Storm. Vocês foram mais que amigos. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), pelo apoio financeiro, concedido por meio de bolsa de doutorado (Processo nº 2015/26660- 2) e de bolsa estágio de pesquisa no exterior (Processo nº 2017/01743-8). Meu muito obrigado. 51 “Que homem é o homem que não faz do mundo um lugar melhor?” Trecho do filme Cruzada (Kingdom of Heaven) 51 RESUMO A aplicação da citocinina thidiazuron (TDZ) é uma técnica que promove aumentos na produtividade de arroz (Oryza sativa L.), no entanto, é necessário entender o funcionamento dessa substância em plantas de arroz. Objetivou-se com esse trabalho verificar a influência do TDZ nos aspectos fisiológicos, morfológicos, nutricionais e produtivos de um cultivar de arroz de terras altas. Foi realizado experimento com delineamento em blocos casualizados, aplicando doses de thidiazuron (0, 0,8, 1,6 e 2,4 g ha-1) no perfilhamento do cultivar Ana 8001, favorecido com irrigação por aspersão, durante duas safras (2015/2016 e 2016/2017). Foi avaliado o teor foliar das citocininas 6-benzilaminopurina (BAP) e trans-zeatina ribosídeo (TZR), absorção de N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Zn e Mn, crescimento da planta, componentes da produção e produtividade de grãos. Realizou-se também experimento em casa de vegetação com o objetivo de verificar a influência de citocininas na altura, componentes da produção, produtividade de grãos e expressão genica de cultivares mutantes de arroz, alterados na rota de sinalização celular desse hormônio. A aplicação de citocinina aumentou os teores foliares de 6-benzilaminopurina e trans-zeatina ribosídeo na primeira safra. O aumento no número de espiguetas por panícula e fertilidade das espiguetas, em função das doses de TDZ, resultaram em incrementos na produtividade na ordem de 24% e 13% na safra 2015/2016 e 2016/2017, respectivamente. Em 2016/2017, os teores de K na folha aumentaram 2,0, 6,8, 3,1 e 0,9 g kg-1 com a aplicação das doses de TDZ na diferenciação foliar, florescimento, grão leitoso e ponto de colheita, respectivamente. A concentração de K na panícula aumentou 1,91 g kg-1 no ponto de colheita. Apesar das diferenças climáticas entre as duas safras, foi possível observar que com a aplicação de TDZ houve maior acúmulo de matéria seca nas folhas e colmo da planta, sendo posteriormente translocada para as estruturas reprodutivas. Nos cultivares mutantes de arroz OsPHP, OsRR tipo B e OsCKX, houve diferenças nos pigmentos fotossintéticos, altura de plantas, componentes da produção e produtividade de grãos em resposta a aplicação de citocinina. A expressão genica mostra que, mesmo com rupturas no OsHK, a planta aumenta a expressão de OsRR4, gene que governa as características relacionadas à citocinina na planta. O uso de citocinina na cultura do arroz promove maior absorção de nutrientes, crescimento e desenvolvimento da planta, resultando em maior produtividade de grãos. Palavras-chave: Fisiologia vegetal. Regulador vegetal. Análise de crescimento. Absorção de nutrientes. Expressão gênica. 51 ABSTRACT Application of the cytokinin thidiazuron (TDZ) is a technique which promotes increases in grain yield of rice (Oryza sativa L.), however, it is necessary to understand the action of this substance in rice plants. The objective of this work was to verify the influence of TDZ on the physiological, morphological, nutritional and productive aspects of an upland rice cultivar. A randomized block design experiment was carried out, applying doses of thidiazuron (0, 0.8, 1.6 and 2.4 g ha-1) on tillering stage of the cultivar ANa 8001, favored by sprinkler irrigation, during two crop seasons (2015/2016 and 2016/2017). It was evaluated the leaf content of cytokines 6-benzylaminopurine (BAP) and trans-zeatin riboside (TZR), the uptake of N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Zn and Mn, plant growing and grain yield. An experiment was also carried out to verify the influence of cytokinins on morphological aspects and genetic expression of mutant rice cultivars, altered in the cellular pathway signaling of this hormone. The application of cytokinin increased leaf contents of 6-benzylaminopurine and trans-zeatin riboside in the first crop season. The increase in the number of spikilets per panicle and spikelet fertility as a function of TDZ doses resulted in increases of 24% and 13% in 2015/2016 and 2016/2017, respectively. In 2016/2017, the leaf K contents increased by 2.0, 6.8, 3.1 and 0.9 g kg-1 with the application of TDZ doses on leaf differentiation, flowering, milky grain and harvest point. respectively. Panicle K content increased 1.91 g kg-1 at harvest point. Despite the climatic differences between the two-crop season, it was possible to observe that cytokinin increases the dry matter accumulation in the leaves and stalk of the plant, being after translocated to the reproductive structures, resulting in increases of grain yield. The OsPHP, OsRR type B and OsCKX rice mutant cultivars showed increases in photosynthetic pigments, differences in plant height, yield components and grain yield in response to cytokinin doses. The gene expression shows that, even with OsHK disruption, the plant increases the expression of OsRR4, the gene that governs cytokinin-related characteristics in the plant. The use of cytokinin in rice crop promotes greater nutrient uptake, plant growth and development, resulting in higher grain yield. Keywords: Plant physiology. Plant growth regulator. Growth analysis. Nutrient uptake. Gene expression. 51 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Dados diários de precipitação pluvial, temperatura máxima e mínima durante a condução do experimento em 2015/2016 (a) e 2016/2017 (b) ................. 29 Figura 2 - Fertilidade das espiguetas de plantas de arroz tratadas com doses de thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 .................................................................... 35 Figura 3 - Desdobramento estatístico para as variáveis número de espiguetas panícula-1 (a) e produtividade de grãos (b) em plantas de arroz tratadas com doses de thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 .................................................................... 36 Figura 1 - Dados diários de precipitação pluvial, temperatura máxima e mínima durante a condução do experimento em 2015/2016 (a) e 2016/2017 (b) ................. 47 Figura 2 - Desdobramento estatístico para teores de N no colmo avaliado no ponto de colheita de plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017. Barras de erros representam diferença mínima significativa .................................... 50 Figura 3 - Desdobramento estatístico para os teores de K na folha nas fases de diferenciação foliar (a), emborrachamento (b), florescimento (c), grão leitoso (d), ponto de colheita (e) e na panícula no ponto de colheita (f) de plantas de arroz tratadas com thidiazuron. Barras de erros representam diferença mínima significativa, ns: não significativo ................................................................................................................ 53 Figura 4 – Produtividade de grãos (a), quantidade de macronutrientes (b) e micronutrientes (c) exportados em grãos de plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 ....................................................................................... 55 Figura 1 - Dados diários de precipitação pluvial, temperatura máxima e mínima durante a condução do experimento em 2015/2016 (a) e 2016/2017 (b) ................. 67 Figura 2 - Acúmulo de matéria seca (kg ha-1) nas folhas (a), colmo (b), panículas (c) e parte aérea (d) de plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 ........... 71 Figura 3 - Acúmulo de matéria seca (kg ha-1) nas folhas (a), colmo (b), panículas (c) e parte aérea (d) de plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2016/2017 ........... 72 Figura 4 - Índice de área foliar (m2 m-2) (a), taxa de crescimento da cultura (g g-1 m-2) (b), taxa de crescimento relativo (g g-1 m-2) (c), taxa de assimilação liquida (g cm-2 dia- 1) (d) e área foliar específica (m2 g-1) (e) de plantas tratadas com thidiazuron em 2015/2016 .................................................................................................................. 74 Figura 5 - Índice de área foliar (m2 m-2) (a), taxa de crescimento da cultura (g g-1 m-2) (b), taxa de crescimento relativo (g g-1 m-2) (c), taxa de assimilação líquida (g cm-2 dia- 1) (d) e área foliar específica (m2 g-1) (e) de plantas tratadas com thidiazuron em 2016/2017 .................................................................................................................. 76 Figura 6 - Desdobramento estatístico para produtividade de grãos em função de doses de thidiazuron em 2015/2016 e 2017/2017. A interação entre o fator doses de thidiazuron e safra foi significativo a 5% de probabilidade no teste F ....................... 77 Figura 1 - Produtividade de grãos em plantas tratadas com doses de 6- benzialminopurina (BAP) e thidiazuron (TDZ) ........................................................... 91 Figura 2 - Teores de clorofila a (a), clorofila b (b), clorofila a + b (c) e carotenoides (d) do cultivar de arroz Kitaake tratado com 6-benzialminopurina (BAP) e thidiazuron (TDZ) .......................................................................................................................... 92 Figura 3 - Teores de clorofila a (a), clorofila b (b), clorofila a + b (c) e carotenoides (d) do cultivar mutante de arroz OsPHP tratado com 6-benzialminopurina (BAP) e thidiazuron (TDZ) ....................................................................................................... 92 Figura 4 - Teores de clorofila a (a), clorofila b (b), clorofila a + b (c) e carotenoides (d) do cultivar mutante de arroz OsRR tipo B tratado com 6-benzialminopurina (BAP) e thidiazuron (TDZ) ....................................................................................................... 93 Figura 5 - Teores de clorofila a (a), clorofila b (b), clorofila a + b (c) e carotenoides (d) do cultivar mutante de arroz OsCKX tratado com 6-benzialminopurina (BAP) e thidiazuron (TDZ) ....................................................................................................... 94 Figura 6 - Altura de plantas, número de panículas por planta, número de grãos por panícula, fertilidade das espiguetas e produtividade de grãos de plantas de arroz selvagem e mutantes (OsRR type B, OsPHP triple e OsCKX) tratados com 6- benzialminopurina (BAP) e thidiazuron (TDZ) ........................................................... 96 Figura 7 - Expressão do gene OsRR4 em de arroz do tipo selvagem, HK4 e HK4-6 tratados com citocinina exógena. A dobra de expressão para 6-benzialminopurina (BAP) e thidiazuron (TDZ) é em relação ao tratamento controle ............................... 97 51 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Caracterização dos atributos químicos do solo da área experimental referente as safras de 2015/2016 e 2016/2017 ......................................................... 28 Tabela 2 – Probabilidade de F (≤0,05) e teores foliares de 6-benzilaminopurina e trans- zeatina ribosídeo ao longo do ciclo do arroz tratado com thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 .................................................................................................................. 33 Tabela 3 - Probabilidade do teste F (≤0,05) para altura de plantas, número de panículas m2-1, número de espiguetas panícula-1, fertilidade das espiguetas, massa de 1000 grãos, produtividade de grãos, rendimento de engenho, rendimento de inteiros e grãos quebrados em função de doses de TDZ aplicado durante o perfilhamento da cultura em 2015/2016 e 2016/2017 ........................................................................... 34 Tabela 4 - Altura de plantas, fertilidade das espiguetas massa de 1000 grãos, rendimento de inteiros e grãos quebrados de plantas de arroz tratadas com doses de thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 .................................................................... 34 Tabela 1 - Caracterização dos atributos químicos do solo da área experimental referente as safras de 2015/2016 e 2016/2017 ......................................................... 46 Tabela 2 - Probabilidade de F (≤0,05) para os teores de nutrientes durante a diferenciação floral (DF), emborrachamento (EB), florescimento (FL), grão leitoso (GL) e pondo de colheita (PC) em plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 ............................................................................................................... 51 Tabela 3 - Probabilidade de F (≤0,05) para produtividade de grãos e nutrientes exportados em plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 e 2017/2017 ................................................................................................................................... 54 Tabela 1 - Caracterização dos atributos químicos do solo da área experimental referente as safras de 2015/2016 e 2016/2017 ......................................................... 66 51 SUMÁRIO INTRODUÇÃO GERAL ................................................................................ 21 CAPÍTULO 1 – ANÁLISE DE CITOCININA E PRODUTIVIDADE DE ARROZ DE TERRAS ALTAS COM APLICAÇÃO FOLIAR DE THIDIAZURON ...... 26 1.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 27 1.2 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................. 28 1.2.1 Caracterização da área e delineamento experimental ................................. 28 1.2.2 Condução do experimento ............................................................................ 30 1.2.3 Análise do teor foliar de citocininas .............................................................. 30 1.2.4 Biometria, componentes da produção e produtividade de grãos ................. 31 1.2.5 Análise estatística ......................................................................................... 31 1.3 RESULTADOS ............................................................................................. 32 1.3.1 Análise do teor foliar de citocininas .............................................................. 32 1.3.2 Biometria, componentes da produção e produtividade ................................ 33 1.4 DISCUSSÃO ................................................................................................. 36 1.4.1 Análise foliar dos níveis de citocinina ........................................................... 36 1.4.2 Biometria, componentes da produção e produtividade de grãos ................. 38 1.5 CONCLUSÃO ............................................................................................... 39 REFERÊNCIAS ............................................................................................ 39 CAPÍTULO 2 – APLICAÇÃO FOLIAR DE THIDIAZURON: NUTRIÇÃO E PRODUTIVIDADE DO ARROZ DE TERRAS ALTAS ................................. 43 2.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 44 2.2 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................. 45 2.2.1 Caracterização da área e delineamento experimental ................................. 45 2.2.2 Condução do experimento ............................................................................ 47 2.2.3 Coleta de plantas e análise nutricional ......................................................... 48 2.2.4 Produtividade de grãos e exportação de nutrientes ..................................... 48 2.2.5 Análise estatística ......................................................................................... 49 2.3 RESULTADOS ............................................................................................. 49 2.4 DISCUSSÃO ................................................................................................. 56 2.5 CONCLUSÃO ............................................................................................... 58 REFERÊNCIAS ............................................................................................ 58 CAPÍTULO 3 – APLICAÇÃO FOLIAR DE THIDIAZURON PODE ALTERAR O CRESCIMENTO DO ARROZ DE TERRAS ALTAS? .............................. 63 3.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 64 3.2 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................. 66 3.2.1 Análise do crescimento ................................................................................. 69 3.2.2 Produtividade de grãos ................................................................................. 69 3.2.3 Análise estatística ......................................................................................... 69 3.3 RESULTADOS ............................................................................................. 70 3.4 DISCUSSÃO ................................................................................................. 77 3.5 CONCLUSÃO ............................................................................................... 81 REFERÊNCIAS ............................................................................................ 81 CAPÍTULO 4 – ALTERAÇÕES MORFOLÓGICAS E GENÉTICAS DE CULTIVARES MUTANTES DE ARROZ TRATADOS COM CITOCININA EXÓGENA .................................................................................................... 85 4.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 86 4.2 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................. 87 4.2.1 Esterilização e germinação de sementes de arroz ....................................... 87 4.2.2 Definição da dose de citocinina .................................................................... 88 4.2.3 Descrição dos genótipos usados .................................................................. 88 4.2.4 Análise de pigmentos fotossintéticos na folha .............................................. 89 4.2.5 Extração de RNA e análise de qPCR ........................................................... 89 4.2.6 Avaliações morfológicas ............................................................................... 90 4.2.7 Análise estatística ......................................................................................... 90 4.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................... 90 4.3.1 Definição da dose de citocinina .................................................................... 90 4.3.2 Conteúdo de clorofila e carotenóides na folha .............................................. 91 4.3.3 Componentes da produção e produtividade ................................................. 94 4.3.4 Expressão gênica do OsRR4 ........................................................................ 97 4.4 CONCLUSÃO ............................................................................................... 98 REFERÊNCIAS ............................................................................................. 98 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................ 101 REFERÊNCIAS .......................................................................................... 103 21 51 INTRODUÇÃO GERAL O arroz (Oryza sativa L.) é uma das culturas produtoras de alimento mais importante do mundo, presente diariamente na dieta de mais da metade da população mundial, fornecendo cerca de 27% das calorias consumidas em países de média e baixa renda (DAWE et al., 2010). Do ponto de vista econômico, aproximadamente 900 milhões de pessoas dependem diretamente do arroz, como produtores ou consumidores, principalmente em países subdesenvolvidos (PANDEY et al., 2010). Cultivado em todos os continentes com exceção da Antártida, o arroz ocupa 23% da área total cultivada com cereais no mundo, o que representa mais de 167 milhões de hectares e cerca de 769 milhões de toneladas produzidas anualmente (FAO, 2019). Mais de 90% do arroz é produzido e consumido na Ásia, onde essa planta tem importância histórica. Ao longo da evolução das civilizações, Índia, China e o Sudeste da Ásia tiveram suas culturas fortemente influenciadas pelo cultivo do arroz (KRISHNAN et al., 2011). Ao longo de anos, desde sua domesticação o arroz vem sendo cultivado nos mais diversos agroecossistemas. Características morfológicas como a presença de aerênquima, possibilita o cultivo do arroz em solos com condições anaeróbicas, o que deixa ainda mais ampla a possibilidade de exploração de áreas com o seu cultivo. Baseado em diversos critérios tais como regime hídrico, drenagem, solo e topografia, os ambientes de cultivo de arroz podem ser classificados como irrigado e terras altas, apresentando diferentes modalidades dentro de cada ecossistema. No sistema de arroz irrigado, os campos são usualmente inundados durante parte ou todo o ciclo da cultura. O sistema de arroz irrigado inclui várzeas irrigadas por água da chuva, várzeas com irrigação controlada, inundação constante e manguezais (SAITO et al., 2013). O arroz de terras altas é geralmente cultivado em campos nivelados ou inclinados, sem necessidade da construção de taludes. A inundação é rara neste sistema. Na América Latina, a irrigação por aspersão é uma técnica usada para se obter incrementos em produtividade (ARF et al., 2001; CRUSCIOL et al., 2006; ARF et al., 2012; CRUSCIOL et al., 2013; NASCENTE et al., 2013; MENDES et al., 2014). O sistema de arroz irrigado representa 92% da área de arroz colhida no mundo, correspondente à cerca de 75% de todo arroz produzido (BOUMAN et al., 2007; SAITO et al., 2018). Nesse sistema de cultivo são consumidos de 1700 a 3000 litros 22 de água para cada quilograma de grão de arroz produzido, podendo variar em função disponibilidade de água (chuva + irrigação), tipo de solo (textura, matéria orgânica, condutividade hidráulica, taxa de percolação, etc.) e clima (temperatura, fotoperíodo, humidade do ar, velocidade do vento, etc.) (PRASAD, 2011). Devido à redução da disponibilidade de água para fins agrícolas e a competição por esse recurso para uso urbano e industrial, surgiu o grande desafio de um sistema de arroz irrigado com baixo consumo de água, bem como técnicas que possibilitem o aumento da produtividade do arroz de terras altas, assim atendendo a crescente demanda por alimento para quase 10 bilhões de pessoas em 2050, segundo as projeções (KRISHNAN et al., 2011). Apesar de ocupar apenas 8% da área cultivada com arroz no mundo (SAITO et al., 2018), o arroz de terras altas é um sistema de cultivo que vem ganhando espaço e importância no cenário agrícola mundial. Com grande destaque principalmente na região dos trópicos (América latina, África e parte da Ásia), esse modelo de cultivo ainda apresenta baixas produtividades, cerca de duas toneladas por hectare (PRASAD, 2011; SAITO et al., 2018). No Brasil, o arroz produzido no sistema de terras altas teve grande importância principalmente nas décadas de 1970 e 1980 por ser a cultura pioneira utilizada na exploração de novas áreas na região do Cerrado, chegando a ocupar mais de 4,5 milhões de hectares (PINHEIRO et al., 2006). O arroz era introduzido em áreas recém abertas com solos ácidos e baixa fertilidade, impróprias para exploração de outras culturas, cultivado durante o primeiro e segundo ano, sendo então substituído por pastagens ou culturas com maior retorno econômico. O arroz produzido nesse sistema foi caracterizado como atividade de baixo custo, alto risco climático e baixo retorno financeiro (PINHEIRO et al., 2006). Baixas produtividades do arroz de terras altas são frequentemente atribuídas a estresses bióticos e abióticos, além de poucas práticas tecnológicas empregadas pelos produtores nesse sistema de produção (HEINEMANN et al., 2010; SAITO et al., 2018). Tais fatores aliados às variações climáticas de cada ano com ausência de regime de chuvas bem definido, aumentam os “gaps” de produtividade (OORT et al., 2017) desestimulando ainda mais os produtores a fazerem investimentos nessa atividade. Os efeitos deletérios da deficiência hídrica durante a fase vegetativa implica no prolongamento do ciclo da cultura (CRUSCIOL et al., 2003; PERES et al., 2018), 23 51 diminuição da altura de plantas (STONE et al., 1984; OLIVEIRa, 1995; ARTIGIANi et al., 2012) e redução do perfilhamento (PINHEIRO et al., 1990; FORNASIERI FILHO; FORNASIERI, 1993), consequentemente reduzindo o número de panículas por planta. Na fase reprodutiva pode reduzir o número de panículas (PINHEIRO et al., 1985), o número total de espiguetas por panícula (YOSHIDA, 1981; HEINEMANN; STONE, 2009) e a fertilidade das espiguetas (STONE et al., 1984; HEINEMANN; STONE, 2009). Já na fase de maturação reduz a massa dos grãos (STONE et al., 1984; PERES et al., 2018) e diminui o ciclo (CRUSCIOL et al., 2003). Graças ao melhoramento genético e a implementação de algumas práticas no manejo, foi possível obter aumento significativo na produtividade do arroz de terras altas ao longo dos anos (PINHEIRO et al., 2006). Dentre essas práticas, a suplementação de água com o uso de irrigação por aspersão tem sido diferencial para obtenção de altos rendimentos de grãos. A modalidade de cultivo no ecossistema de terras altas tem uma demanda média de 600 a 700 mm de água durante o ciclo (BOUMAN et al., 2005; FORNASIERI FILHO; FORNASIERI, 2006; BOUMAN et al., 2007), cerca de 80% menos que o sistema de arroz irrigado (PRASAD, 2011), sendo essa exigência suprida por irrigação por aspersão quando as chuvas não são suficientes. A irrigação por aspersão mitiga o efeito de veranicos durante o ciclo da cultura. Estudo realizado por Stone et al. (1999) mostra que cultivares de arroz de terras altas adaptados ao sistema de irrigação por aspersão, podem garantir produtividades maiores que 5 t ha-1, fazendo deste um sistema economicamente competitivo. Arf et al. (2000) também destacam a importância da irrigação para o arroz de terras altas, pois a deficiência hídrica e o não suprimento da demanda por água (evapotranspiração) da cultura durante o ciclo de cultivo, reduzem a produtividade podendo causar até a perda total da lavoura. A deficiência hídrica geralmente é acompanhada de períodos de altas temperaturas. Essas duas formas de estresse tem maior impacto negativo na cultura do arroz durante a fase reprodutiva, onde são definidos o número de espiguetas por panícula e a fertilidade das espiguetas (YOSHIDA, 1981). Desta forma, a suplementação por irrigação, além de suprir a demanda de água da cultura, mitiga os efeitos deletérios de estresses abióticos. Estudos mostram que esta técnica está consolidada e garante estabilidade na produtividade do arroz de terras altas 24 (CRUSCIOL et al., 2005; CRUSCIOL et al., 2006; ARTIGIANI et al., 2012; CRUSCIOL et al., 2012; CRUSCIOL et al., 2013; PERES et al., 2018). Uma vez que se obtém estabilidade na produtividade é possível a implementação de nível mais elevado de tecnologia na lavoura, com uso de cultivares mais exigentes e responsivos, adensamento de plantas, elevadas doses de adubação, biocidas de maior eficiência e até mesmo reguladores vegetais. Alves et al., 2015 demonstraram que o uso do regulador vegetal thidiazuron (TDZ) na cultura do arroz de terras altas pode promover aumento de até 23,5% na produtividade de grãos. O TDZ (N-fenil-N’-1,2,3-tiadiazol-5-ilurea) é uma feniluréia. Foi classificado como um tipo de citocinina não purínica que induz diversas respostas na planta, similares às respostas induzidas por citocininas naturais ou sintéticas (GUO et al., 2011). Como principais funções da citocinina na planta pode-se elencar: divisão celular, aumento na capacidade fotossintética (SONG et al., 2013), expansão foliar, aumento na assimilação de CO2, condutância estomática, eficiência da enzima rubisco, e desenvolvimento de cloroplastos funcionais (MONAKHOVA; CHERNYAD’EV, 2007; LAZOVA; YONOVA, 2010; CORTLEVEN; VALCKE, 2012). A citocinina também regula a mobilização de nutrientes e fotoassimilados por meio de alterações na relação fonte/dreno (TAIZ; ZEIGER, 2017). A citocinina vem sendo amplamente estudada, e o uso dessa substância se faz promissor para melhorar o crescimento, desenvolvimento e produção das plantas. Estudo realizado por Liu et al. (2011) mostra que o desenvolvimento de gemas que originam perfilhos em planta de arroz são estimulados pela citocinina, de modo que o aumento nos níveis deste hormônio favorece o perfilhamento, e como consequência a produtividade. Em consonância à isso, Javid et al. (2011) constataram que aplicações de citocininas e auxinas em plantas de arroz, durante a fase reprodutiva, promove aumento no rendimento de grãos, massa de 1000 grãos e porcentagem de grãos cheios. Na fase de maturação, o enchimento de grãos é prejudicado pela ação da enzima citocinina oxidase/desidrogenase, esta enzima degrada a citocinina na panícula, reduzindo o fluxo de fotoassimilados para aquela zona, gerando maior número de espiguetas vazias, principalmente na base da panícula (YANG et al., 2001). Esse efeito pode ser reduzido com a aplicação de citocinina nas panículas do arroz (ASHIKARI et al., 2005; ZHANG et al., 2010). 25 51 O estresse hídrico, comum em lavouras de arroz de terras altas, ocasiona desiquilibrios hormonais na planta; isso se dá pelo aumento nas concentrações de ácido abscísico e diminuição das auxinas e citocininas, fazendo com que os grãos não recebam quantidade adequada de fotoassimilados, resultando em grãos de menor qualidade (XU et al., 2007). Estudos evidenciam que a citocinina exerce importante papel nas interações com fatores bióticos e abióticos (ARGUESO ET AL., 2012; KIEBER; SCHALLER, 2014), aliviando estresses causado por eles (PAVLŮ et al., 2018). Até aqui foram listados os desafios do arroz de terras altas, um sistema que visa produção com baixo consumo de água e exploração de áreas do Cerrado. Também foi tratado sobre as funções da citocinina na planta, bem como seu potencial para melhorar a produção. Baseado no que se sabe sobre citocinina e os resultados encontrados até agora, acredita-se que este hormônio promove aumento na produtividade do arroz devido a alterações conjuntas nos aspectos morfológicos, fisiológicos, nutricionais e genéticos, sendo necessário estudos para melhor entender o funcionamento dessa substância em plantas de arroz. Para essa comprovação, foi realizado experimento com o objetivo de verificar a influência de doses de thidiazuron em cultivar de arroz de terras altas, no que diz respeito à absorção de nutrientes, crescimento da planta, componentes da produção e produtividade de grãos. Também foram analisados aspectos morfológicos, produtivos e expressão genica de cultivares mutantes de arroz, com alterações na rota de sinalização celular da citocinina, visando entender o funcionamento da citocinina a nível celular. 26 CAPÍTULO 1 – ANÁLISE DE CITOCININA E PRODUTIVIDADE DE ARROZ DE TERRAS ALTAS COM APLICAÇÃO FOLIAR DE THIDIAZURON Resumo O arroz produzido no ecossistema de terras altas é uma alternativa para produção com baixo consumo de água. Devido condições adversas durante o ciclo da cultura, a irrigação por aspersão e o uso de TDZ são alternativas para garantir boas produtividade do arroz de terras altas. Esse trabalho foi realizado à campo durante duas safras (2015/2016 e 2016/2017), com o objetivo de avaliar a influência de doses de citocinina exógena na cultura do arroz de terras altas por ocasião do perfilhamento. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com seis repetições utilizando doses (0, 0,8, 1,6 e 2,4 g ha-1) de thidiazuron no cultivar Ana 8001. A análise do teor foliar de citocinina realizada na diferenciação flora, florescimento, grão leitoso e colheita mostra que o uso de TDZ aumentou os teores foliares desse hormônio, em média 0,86 e 0,9 ppm para 6-benzialminopurina (BAP) e trans-zeatina ribosídeo (TZR), respectivamente. Na safra 2016/2017, a média geral dos teores de citocinina foi maior que em 2015/2016, exceto para BAP no ponto de colheita. Considerando os tratamentos, na segunda safra o controle apresentou maiores teores foliares de citocinina nas fases de diferenciação floral e grão leitoso para BAP, e no florescimento para TZR. A produtividade de grãos foi afetada pelo estresse hídrico e térmico na segunda safra, com redução de até 5967 kg ha-1. A aplicação de thidiazuron promoveu incrementos no número de espiguetas por panícula e fertilidade das espiguetas, e mesmo com altas temperaturas e baixa quantidade de chuvas na segunda safra, foi possível obter aumento na produtividade de grãos. 27 51 1.1 INTRODUÇÃO O arroz é uma das principais culturas alimentícias do mundo, servindo como alimento base para mais da metade da população mundial. É amplamente cultivado na África, Américas e principalmente na Ásia, onde encontra-se mais de 90% da área total cultivada com arroz no mundo (PRASAD, 2011). No Brasil, a área plantada com arroz está em torno de 1,7 milhão de hectares (CONAB, 2019), dividida em dois sistemas de produção, irrigado e terras altas. O arroz produzido no sistema irrigado consome de 1700 a 3000 litros de água para cada quilograma de grão de arroz produzido (PRASAD, 2011). No entanto, a escassez de água para uso agrícola, juntamente com a crescente demanda de água para uso doméstico e industrial, aumenta ainda mais a importância do arroz de terras altas, um sistema com grande economia de água, demandando cerca de 600 a 700 mm de água durante o ciclo (BOUMAN et al., 2005; FORNASIERI FILHO; FORNASIERI, 2006; BOUMAN et al., 2007). O arroz de terras altas no Brasil geralmente é produzido em áreas de Cerrado, caracterizadas por solos ácidos, baixa fertilidade e distribuição desuniforme de chuvas durante o ciclo da cultura (ARF et al., 2001; PINHEIRO et al., 2006; CRUSCIOL et al., 2013). Períodos de seca durante o ciclo em conjunto com altas temperaturas, principalmente durante o estádio reprodutivo podem gerar redução de até 87% na produtividade de grãos (STONE et al., 1984). A irrigação por aspersão é uma alternativa para reduzir os efeitos dos períodos de seca e garantir estabilidade na produtividade de grãos no sistema de arroz de terras altas (STONE et al., 1999; ARF et al., 2000; CRUSCIOL et al., 2003; ARTIGIANI et al., 2012; CRUSCIOL et al., 2013; PERES et al., 2018). Estudo realizado por Alves et al. (2015) demonstra que o uso de thidiazuron na cultura do arroz de terras altas irrigado por aspersão promove aumentos significativos na produtividade de grãos. O thidiazuron é uma feniluréia (N-fenil-N’-1,2,3-tiadiazol-5- ilurea) classificado como um tipo de citocinina que induz respostas na planta, similares às respostas induzidas por citocininas naturais (GUO et al., 2011). A citocinina é um hormônio vegetal que apresenta diversas funções na planta, inclusive interações com fatores abióticos (KIEBER; SCHALLER, 2014), podendo aliviar os efeitos de estresses (PAVLŮ et al., 2018). Considerando a grande exposição do arroz de terras altas a condições de estresse, se faz importante o estudo aprofundado desta técnica para melhor entender como a fornecimento de uma 28 citocinina exógena influencia positivamente na cultura do arroz. A partir do exposto, cria-se a hipótese que a aplicação de citocinina sintética na planta, aumenta os teores endógenos desse hormônio, tendo como consequência melhorias nos aspectos produtivos da cultura. Por isso, foi realizado este estudo objetivando verificar o efeito da aplicação de uma fonte exógena de citocinina na cultura do arroz de terras altas irrigado por aspersão, avaliando os níveis foliares desse hormônio e os reflexos na altura da planta, componentes da produção e produtividade de grãos. 1.2 MATERIAL E MÉTODOS 1.2.1 Caracterização da área e delineamento experimental O experimento foi conduzido em condições de terras altas, favorecidas pelo uso de irrigação por aspersão, nas safras de 2015/2016 e 2016/2017, em Botucatu (SP) (48o26’W, 22o51’S e altitude de 740 m). O clima, conforme a classificação de Köppen, é do tipo Cwa, caracterizado como tropical de altitude, com inverno seco e verão quente e chuvoso. Os dados climáticos durante o ciclo de cultivo nas duas safras foram monitorados (Figura 1). O solo da área experimental foi classificado como NITOSSOLO VERMELHO distroférrico (SANTOS et al., 2018). Seus atributos químicos (Tabela 1) foram determinados antes da instalação do experimento, na camada 0,0-0,20 m, segundo a metodologia proposta por Raij et al., (2001). Tabela 1 - Caracterização dos atributos químicos do solo da área experimental referente as safras de 2015/2016 e 2016/2017 pH(CaCl2) MO P(Resina) S Al+3 H+Al+3 K Ca Mg SB CTC V% Safra g dm-3 mg dm-3 mmolc dm-3 2015/2016 5,2 20 45 13 1 33 3,4 29 12 44 77 57 2016/2017 5,1 24 44 14 2 35 3,3 26 10 39 74 52 O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso com seis repetições. Os tratamentos foram constituídos por doses (0, 0,8, 1,6 e 2,4 g ha-1) de thidiazuron, aplicadas durante a fase de perfilhamento da cultura. As doses adotadas nesse experimento foram definidas tendo como base no trabalho de Alves et al. (2015), visando aumentar a quantidade aplicada e encontrar a dose máxima de resposta em produtividade. O cultivar utilizado foi o ANa 8001, que em virtude de seu porte médio mostra 29 51 resistência ao acamamento, embora possa acamar quando em condições de excessivo desenvolvimento vegetativo. O potencial produtivo é de 8000 kg ha-1, sendo responsivo a novas tecnologias, dando suporte ao estabelecimento da agricultura moderna. Tem como características principais: ciclo curto (107 dias até a maturação completa), 80 dias da emergência ao florescimento, grãos tipo longo fino (agulhinha), moderadamente suscetível à brusone (Pyricularia oryzae Cav.) (AGRO NORTE, 2015). Figura 1 - Dados diários de precipitação pluvial, temperatura máxima e mínima durante a condução do experimento em 2015/2016 (a) e 2016/2017 (b) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 100 120 140 160 T em pe ra tu ra ( °C ) Pr ec ip ita çã o (m m ) a) Precipitação Pluvial Temp min. Temp max. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 100 120 140 160 T em p er at u ra ( °C ) P re ci p it aç ão ( m m ) b) Precipitação Pluvial Temp min. Temp max. Semeadura Perfi. Dif. Floral Embo. Flores. Colheita Grão l. Semeadura Perfi. Dif. Floral Embo. Flores. Colheita Grão l. 30 Cada unidade experimental foi constituída por 8 fileiras de plantas, com 7,0 m de comprimento, espaçadas em 0,35 m. As 4 fileiras centrais foram consideradas área útil, sendo que 0,50 m da extremidade de cada fileira de plantas e as quatro fileiras externas constituíram-se de bordadura. 1.2.2 Condução do experimento O experimento foi conduzido em sistema de semeadura direta. A semeadura aconteceu no dia 17 e 21 de novembro, na safra 2015/2016 e 2016/2017, respectivamente, utilizando-se 200 sementes viáveis m-2. A emergência das plântulas ocorreu aos seis dias após a semeadura. Na semeadura foi aplicado 40 kg ha-1 de N na forma de ureia, 61,6 kg ha-1 de P2O5 na forma de superfosfato simples e 35,2 kg ha-1 de K2O na forma cloreto de potássio ao lado e abaixo das sementes, nas duas safras (RAIJ et al., 1996). A irrigação do experimento foi realizada por sistema de aspersão convencional, composto por duas linhas laterais e aspersores com vazão de 1,07 m3 hora-1. O momento da irrigação foi definido pelo método de irrigação de salvação, onde o fornecimento de água é realizado apenas quando as plantas apresentam sintomas de falta de água ao ponto de comprometer a produção ou quando a umidade do solo está em torno de 30-40% da capacidade de campo, sendo fornecido uma lâmina de 20 mm (SILVA et al., 2007). O controle de plantas daninhas, insetos-praga e doenças foi realizado de acordo com as necessidades da cultura. Na adubação de cobertura foi aplicado 80 kg ha-1 de N, na forma de sulfato de amônio, parcelada em duas vezes (40 kg ha-1 e 40 kg ha-1), respectivamente aos 15 (pré-perfilhamento) e 30 DAE (perfilhamento pleno), nas duas safras. 1.2.3 Análise do teor foliar de citocininas As amostragens foliares para determinação dos níveis de citocinina foram feitas em função dos estádios fenológicos da cultura, na primeira e segunda safra, durante a diferenciação floral (59 e 60 DAE), florescimento (86 e 87 DAE), grão leitoso (98 e 102 DAE) e ponto de colheita (112 e 110 DAE), respectivamente. Foi coletado a última folha totalmente expandida, coletando aproximadamente 100 gramas de tecido vegetal por parcela, sendo amostrados apenas no tratamento controle e na dose 2,4 31 51 g ha-1. Após coletadas, as amostras foram imediatamente imersas em nitrogênio líquido e armazenadas em temperatura de -80°C visando cessar o metabolismo e preservar as características metabólicas da planta. Foram determinados os níveis de 6-Benzilaminopurina e Trans-zeatina ribosídeo, em cromatografia liquida de alta performance (HPLC) segundo a metodologia proposta por Müller e Munné-Bosch (2011). 1.2.4 Biometria, componentes da produção e produtividade de grãos • Altura da planta Durante o estádio de grãos pastoso foi determinado em 10 plantas ao acaso, na área útil de cada parcela a distância média compreendida desde a superfície do solo até a extremidade superior da panícula mais alta. • Número de panículas por metro quadrado Determinado pela contagem do número de panículas em 1,0 m de fileira de plantas na área útil das parcelas e posteriormente calculado por metro quadrado. • Número total de espiguetas por panícula Determinado por meio da contagem do número de grãos granados e chochos, após separação dos mesmos com fluxo de ar, de 20 panículas coletadas em cada parcela. • Fertilidade das espiguetas Calculado a partir da relação entre número de espiguetas cheias e o número total de espiguetas, multiplicado por 100. • Massa de 1000 grãos Foi avaliado através da coleta ao acaso e pesagem de duas amostras de 1000 grãos de cada parcela (130 g kg-1 de água). • Produtividade de grãos Determinada através da pesagem dos grãos em casca, provenientes da área útil das parcelas, corrigindo-se a umidade para 130 g kg-1 de água, e convertendo em kg ha-1. 1.2.5 Análise estatística Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância a 5% de probabilidade, quando significativo, as médias foram comparadas pelo teste de 32 diferença mínima significativa de Fisher (LSD) a 5% de probabilidade, e realizado regressão para doses de TDZ. Todas as análises foram realizadas utilizando o programa estatístico SISVAR 5.3 (FERREIRA, 2011). 1.3 RESULTADOS 1.3.1 Análise do teor foliar de citocininas Considerando a interação entre os fatores doses de TDZ e safra, os teores foliares de BAP foram influenciados nos estádios de diferenciação floral e grão leitoso, enquanto para TZR houve interação na fase de diferenciação floral e florescimento (Tabela 2). A aplicação de TDZ promoveu aumento nos teores de BAP na fase de diferenciação floral na safra 2015/2016 e diminuição em 2016/2017 (Tabela 2). Para a TZR, nesta mesma fase, houve diferença apenas na primeira safra, com maiores resultados em função do TDZ. De maneira geral, os teores foliares das citocininas analisadas durante a diferenciação floral foram maiores na segundo safra, com exceção da BAP no tratamento com TDZ. Na fase de florescimento, é possível observar inversão dos resultados de TZR em função da aplicação de citocinina, da primeira para a segunda safra, semelhantemente ao ocorrido com a BAP durante a diferenciação floral (Tabela 2), ou seja, em 2015/2016 os maiores valores foram obtidos com o uso do TDZ, porém em 2016/2017 ocorreu o inverso. A amostragem feita na fase de grão leitoso mostra que em 2016/2017 os teores de BAP foram maiores. Além disso, mais uma vez houve inversão dos resultados, de modo que, na segunda safra o teor de citocinina foi maior no tratamento controle, resultado oposto ao observado em 2015/2016 (Tabela 2). Quanto ao efeito da safra, em 2016/2017 os teores foliares BAP e TZR foram maiores que em 2015/2016, exceto para BAP no ponto de colheita. Considerando a aplicação de TDZ, os maiores resultados foram no ponto de colheita para BAP, e no grão leitoso e colheita para TZR (Tabela 2). 33 51 Tabela 2 – Probabilidade de F (≤0,05) e teores foliares de 6-benzilaminopurina e trans- zeatina ribosídeo ao longo do ciclo do arroz tratado com thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 6-Benzilaminopurina Trans-zeatina ribosídeo Probabilidade de F Trat. (T) Safra (S) T x S Trat. (T) Safra (S) T x S Dif. floral 0,0271 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 Florescimento 0,8459 <0,0001 0,1054 0,7589 0,0136 0,0026 Grão leitoso 0,1338 <0,0001 0,0002 0,0020 <0,0001 0,2084 Colheita 0,0002 0,0003 0,2340 0,0005 <0,0001 0,0567 ------------------------------------------ ppm ---------------------------------------- 2015/2016 2016/2017 Média 2015/2016 2016/2017 Média Dif. floral TDZ 0,35 Aa* 0,34 Ab 0,34 0,14 Ba 0,18 Aa 0,16 Controle 0,24 Bb 0,51 Aa 0,38 0,04 Bb 0,18 Aa 0,11 Média 0,30 0,42 0,09 0,18 Floresc. TDZ 0,29 0,36 0,33 a 0,21 Aa 0,20 Ab 0,20 Controle 0,27 0,39 0,33 a 0,17 Bb 0,25 Aa 0,21 Média 0,28 B 0,37 A 0,19 B 0,22 A Grão leit. TDZ 0,21 Ba 0,24 Ab 0,23 0,20 0,27 0,23 a Controle 0,17 Bb 0,31 Aa 0,24 0,14 0,24 0,19 b Média 0,19 0,27 0,17 B 0,25 A Colheita TDZ 0,43 0,30 0,37 a 0,15 0,24 0,19 a Controle 0,30 0,22 0,26 b 0,12 0,17 0,14 b Média 0,36 A 0,26 B 0,13 B 0,20 A *Médias seguidas por letras diferentes maiúsculas na linha e minúscula na coluna são estatíticamente diferentes de acordordo com o teste LSD à 5% de probabilidade. 1.3.2 Biometria, componentes da produção e produtividade É possível observar que houve interação significativa entre os fatores doses de TDZ e safra nas variáveis número de espiguetas por panículas e produtividade de grãos (Tabela 3). Em relação ao efeito isolado de cada fator, as doses de TDZ influenciaram apenas a fertilidade das espiguetas. Já o fator safra influenciou a altura de plantas, fertilidade das espiguetas, massa de 1000 grãos, rendimento de inteiros e grãos quebrados (Tabela 3). 34 Tabela 3 - Probabilidade do teste F (≤0,05) para altura de plantas, número de panículas m2-1, número de espiguetas panícula-1, fertilidade das espiguetas, massa de 1000 grãos, produtividade de grãos, rendimento de engenho, rendimento de inteiros e grãos quebrados em função de doses de TDZ aplicado durante o perfilhamento da cultura em 2015/2016 e 2016/2017 Probabilidade de F Variável Dose (D) Safra (S) D x S Altura de plantas 0,9974 <0,0001 0,7203 Panículas por m2 0,5679 0,2315 0,6863 Número de espiguetas por panícula 0,0298 <0,0001 0,0038 Fertilidade das espiguetas 0,0024 <0,0001 0,3958 Massa de mil grãos 0,9288 <0,0001 0,6036 Produtividade <0,0001 <0,0001 0,0005 Rendimento de engenho 0,8676 0,8188 0,5321 Rendimento de inteiros 0,1455 <0,0001 >0,9999 Grãos quebrados 0,1751 <0,0001 >0,9999 Na primeira safra as plantas foram, em média, nove centímetros mais altas que na segunda safra (Tabela 4). A fertilidade das espiguetas diminuiu 13% na segunda safra. Quanto à massa de 1000 grãos, em 2016/2017 foi 1,7 g menor. Em relação as características industriais rendimento de inteiros e grãos quebrados, na segunda safra a qualidade industrial do arroz foi superior, apresentando 4% a mais de grãos inteiros e 3% a menos de grãos quebrados (Tabela4). Tabela 4 - Altura de plantas, fertilidade das espiguetas massa de 1000 grãos, rendimento de inteiros e grãos quebrados de plantas de arroz tratadas com doses de thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 Safra Variável unidade 2016 2017 Altura de plantas cm 69 a* 60 b Fertilidade das espiguetas % 76 a 63 b Massa de mil grãos g 25,4 a 23,7 b Rendimento de Inteiros % 57 b 61 a Grãos quebrados % 8 a 5 b * Médias seguidas por letras diferentes nas linhas são estatíticamente diferentes de acordordo com o teste LSD à 5% de probabilidade. Os resultados de fertilidade das espiguetas ajustaram-se à equação quadrática de regressão, observando incrementos em função das doses de TDZ até a dose estimada de 1,9 g ha-1 (Figura 2). Nesta dose o valor estimado para fertilidade das espiguetas é de 72,5%, cerca de 8% a mais que a dose zero. 35 51 Figura 2 - Fertilidade das espiguetas de plantas de arroz tratadas com doses de thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 A variável número de espiguetas por panícula teve os maiores resultados em 2015/2016, independente da dose aplicada (Figura 3a). Em relação às doses de TDZ, em 2016/2017 houve ajuste linear para esta variável, de modo que, a dose 2,4 g ha-1 de TDZ foi 15% superior à testemunha. Na segunda safra não houve resposta às doses aplicadas para esta variável. Quanto à produtividade, o desdobramento mostra comportamento semelhante ao número de espiguetas por panículas. Na primeira safra os resultados foram maiores, independente da dose aplicada, com aumento de 24% em relação à dose zero (Figura 3b). Já na segunda safra, os resultados ajustaram-se à equação quadrática, com ponto de máxima (3348 kg ha-1) obtido com a dose estimada de 1,52 g ha-1. Doses de TDZ (g ha-1) 0,0 0,8 1,6 2,4 Fe rti lid ad e da s es pi gu et as (% ) 62 64 66 68 70 72 74 y = -2,1875x2 + 8,5x + 64,3 R² = 0,98 p = 0,008 36 Figura 3 - Desdobramento estatístico para as variáveis número de espiguetas panícula-1 (a) e produtividade de grãos (b) em plantas de arroz tratadas com doses de thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 1.4 DISCUSSÃO 1.4.1 Análise foliar dos níveis de citocinina A diferença entre as condições climáticas da primeira e segunda safra fez com que alguns resultados não se repetissem, além de provocar drástica variação na produtividade de grãos. A safra 2016/2017 teve média pluviométrica menor que 2015/2016, além de altas temperaturas e veranico de 10 dias no mês de fevereiro (Figura 1). Mesmo com a suplementação de irrigação por aspersão, não foi possível a) E sp ig ue ta s pa ní cu la s -1 30 60 90 120 150 180 b) Doses de TDZ (g ha-1) 0,0 0,8 1,6 2,4 kg h a-1 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 2015/2016 y = 9,6875x + 132,8 R² = 0,86 p = <0,0001 2016/2017 ns 2015/2016 y = 901x + 6998,8 R² = 0,96 p = <0,0001 2016/2017 y = -165,63x2 + 504,5x + 2964,6 R² = 0,99 p = 0,034 37 51 atenuar os efeitos climáticos desfavoráveis na segunda safra. Estudos mostram que a citocinina é um hormônio que exerce importante papel tanto de crescimento como em interações com fatores abióticos (ARGUESO et al., 2012; KIEBER; SCHALLER, 2014), principalmente no que se diz respeito à diminuição do efeito de estresses (Pavlů et al., 2018). Sendo assim, as maiores temperaturas e menor pluviosidade em 2016/2017 explicam as variações nos resultados das análises foliares de citocinina (Tabela 2). Na safra com maior condição de estresse (2016/2017) houve aumento nos teores de citocinina. Incrementos nos níveis de citocinina em plantas submetidas à altas condições de estresse também foram relatados por Reguera et al. (2013), Décima Oneto et al. (2016) e Ma et al. (2016), inclusive, aumentos da citocinina 6-Benzilaminopurina (NISHIYAMA et al., 2011), semelhantemente ao acontecido neste estudo. Em relação as inversões nos teores de citocinina observadas em algumas fases, como na diferenciação floral e grão leitoso para BAP e florescimento para TZR (Tabela 2), tal comportamento pode ser explicado pela intensidade de estresse que as plantas foram expostas. Onde não houve interação entre os fatores, as plantas tratadas com TDZ apresentaram os maiores valores, nunca excedendo 0,23 ppm, exceto para BAP no ponto de colheita. Já em situações onde foi observada inversões nos teores de citocinina, da primeira para a segunda safra, os valores da dose 0 foram maiores, tendo teores superiores a 0,24 ppm. Segundo Zwack; Rashotte (2015), as concentrações de citocinina podem variar em função da intensidade e duração do estresse, bem como do tempo decorrido do momento de estresse até a avaliação, o que explica variações entre os tratamentos e aumento nos teores foliares na segunda safra. Apesar da aplicação de thidiazuron elevar os teores foliares de BAP e TZR em 2015/2016, os maiores aumentos foram observados no tratamento controle na safra com maiores condições de estresse hídrico e térmico. Isso leva ao entendimento de que, em um primeiro momento, o thidiazuron aumenta os teores de citocinina deixando a planta, teoricamente, menos suscetível ao estresse. No entanto, a alta exposição ao estresse abiótico, faz com que as plantas não tratadas (não protegidas pela citocinina) produzam grandes quantidades desse hormônio. Zwack; Rashotte (2015) confirmam que quanto maior o período de estresse, maior são os níveis de citocinina produzidos pela planta, corroborando com os resultados desse trabalho. 38 1.4.2 Biometria, componentes da produção e produtividade de grãos Na primeira safra, a distribuição de chuvas ao longo do ciclo foi homogênea, associadas a temperaturas entre 15ºC e 28,5ºC (Figura 1a), o que proporcionou condições para se atingir produtividade de até 9161 kg ha-1. Em 2016/2017 as médias de temperaturas maiores ao longo do ciclo, juntamente com o veranico ocorrido durante 07/02 até 25/02, atingindo as fases de emborrachamento e florescimento da cultura (Figura 1b), resultaram em diminuição significativa da produtividade. Yoshida (1981) relata que estresse causado por altas temperaturas durante a fase reprodutiva da cultura do arroz causa redução significativa no número de espiguetas por panícula e fertilidade das espiguetas, semelhantemente ao ocorrido no experimento conduzido em 2016/2017. A irrigação por aspersão não foi suficiente para fornecer a quantidade de água exigida pela cultura aliviar os efeitos da distribuição desuniforme das chuvas na safra 2016/2017, o que causou danos significativos ao crescimento e produção do arroz (Tabela 4). Estudos comparando lâminas de irrigação mostram que em situações de estresse hídrico ocorre redução na altura de plantas (CRUSCIOL et al., 2003; ARTIGIANI et al., 2012), fertilidade das espiguetas (CRUSCIOL et al., 2006; HEINEMANN; STONE, 2009) e massa de mil grãos (CRUSCIOL et al., 2006; GUIMARÃES et al., 2011). O aumento da fertilidade das espiguetas e número de espiguetas por panícula em função das doses de TDZ em 2015/2016 (Figura 2 e 3a), se deu pelo efeito de crescimento e desenvolvimento da citocinina na planta. Os maiores teores de BAP e TZR em algumas fases em 2015/2016, permite inferir essa relação (Tabela 2). A citocinina promove divisão celular (KIEBER; SCHALLER, 2014), o que favorece a formação e definição do número de espiguetas, bem como crescimento do tubo polínico no momento da fecundação da espigueta. Além dos processos de crescimento e desenvolvimento, a citocinina também atua nas respostas a estresse abióticos por meio da proteção do aparato fotossintético, aumento do sistema antioxidante, melhoras no balanço osmótico e modulação de hormônios relacionados a estresses (PAVLŮ et al., 2018). Esses fatores podem ter influenciado positivamente as plantas tratadas com TDZ na primeira safra, considerando que, mesmo em condições climáticas favoráveis, as plantas sofrem com estresses diariamente, advindos de temperaturas altas nas horas mais 39 51 quentes do dia, ataque de insetos, pragas, barreiras químicas e físicas no solo, dias nublados, entre outros. Considerando os teores foliares de citocinina maiores em 2017, principalmente no tratamento controle (Tabela 2), era esperado que houvesse alívio de estresse maior que em 2016. Porém, elevadas concentrações de citocinina na planta podem ser prejudiciais, podendo haver inibição do crescimento radicular e parte aérea (LIAO et al., 2017; RAMIREDDY et al., 2018). Apesar de não ter efeito no número de espiguetas por panícula em 2016/2017, observou-se aumento na produtividade até a doses estimada de 1,52 g ha-1. Isso aconteceu por causa dos incrementos na fertilidade das espiguetas, ou seja, o maior número de espiguetas férteis produzidas resultou em maior número de grãos cheios. Fageria; Moreira (2011) afirmam que qualquer oscilação nos componentes da produção reflete na produtividade. 1.5 CONCLUSÃO O uso de citocinina exógena em arroz aumenta os níveis foliares desse hormônio, que tem interação direta com condições ambientais, aliviando efeitos de estresses abiótico, quando estes acontecem de forma moderada. Os principais componentes da produção afetados pelo uso do thidiazuron são o número de espiguetas por panícula e fertilidade das espiguetas, e esses incrementos, acontecendo em consonância, resultam no aumento na produtividade do arroz de terras altas. Desta forma, a aplicação de thidiazuron durante a fase de perfilhamento do arroz de terras altas possibilita melhor desenvolvimento da cultura, proporcionando estabilidade da produção. REFERÊNCIAS AGRO NORTE, P. E. S. L. 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Atualmente tem sido mostrado que a citocinina tem capacidade de aumentar a produtividade do arroz de terras altas. Sendo assim, esse trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar o efeito da citocinina na produtividade de arroz, bem como os nutrientes que são afetados por este hormônio. Foi realizado experimento em blocos casualizados com doses de thidiazuron (TDZ) (0, 0,8, 1,6 e 2,4 g ha-1), aplicadas no perfilhamento do cultivar de arroz Ana 8001, nas safras 2015/2016 e 2016/2017. Foi realizada análise nutricional nas fases de diferenciação floral, emborrachamento, florescimento, grão leitoso e ponto de colheita. Os órgãos avaliados foram as folhas, colmo e panícula. A produtividade e exportação de nutrientes no grão também foram quantificadas. Na primeira safra os teores de K na folha aumentaram em função das doses de TDZ em todas as fases avaliadas, exceto no emborrachamento. Na panícula, a concentração de K também aumentou, o que pode ter favorecido a translocação de fotoassimilados para aquele órgão. Durante o ponto de colheita os teores de N no colmo diminuíram nas doses mais altas de citocinina, possivelmente devido à maior translocação de compostos nitrogenados para os drenos. Os incrementos na produtividade foram de até 2162 e 384 kg ha-1 na primeira e segunda safra, respectivamente. A exportação de nutrientes se deu na sequência de N>K>P>Mg>S>Fe>Zn>Cu. Considerando a interação da citocinina com o K, as plantas tratadas com thidiazuron se beneficiam do efeito desse nutriente, promovendo aumento da produtividade. 44 2.1 INTRODUÇÃO A produção de arroz é uma atividade que consome cerca de 80% da água doce destinada à agricultura no mundo (BOUMAN; TUONG, 2001; KHUSH, 2005). Devido ao aumento populacional e demanda de recursos hídricos para uso doméstico e industrial, sistemas de produção com baixo consumo de água vem ganhando espaço no cenário agrícola mundial. O arroz produzido no ecossistema de terras altas é uma alternativa sustentável para agricultura com baixo consumo de água. Esse sistema tem uma exigência média 600 a 700 mm (BOUMAN et al., 2005; FORNASIERI FILHO; FORNASIERi, 2006; BOUMAN et al., 2007), cerca de 80% menos água que o sistema de arroz irrigado (PRASAD, 2011). No Brasil, o arroz de terras altas é produzido em áreas com baixa fertilidade e elevada acidez (PINHEIRO et al., 2006), depende de chuvas para o suprimento de água (ARF et al., 2001; SANTOS et al., 2006), e a ocorrência de veranicos durante o ciclo ocasiona reduções na produtividade (ARF et al., 2002), fazendo com que essa seja uma atividade de alto risco. O desenvolvimento de cultivares adaptadas à condições de terras altas, tolerantes à seca (GUIMARÃES et al., 2016), juntamente com a irrigação por aspersão, tem possibilitado estabilidade de produtividade do arroz de terras altas. Stone et al. (1999) reportam que cultivares de arroz de terras altas adaptados ao sistema de irrigação por aspersão podem garantir produtividades maiores que 5 t ha- 1, fazendo deste um sistema economicamente competitivo. Recentemente foi estabelecido que o uso de thidiazuron (TDZ) tem capacidade de aumentar a produtividade de grãos em cultivares de arroz de terras altas irrigados por aspersão (ALVES et al., 2015). O TDZ (N-fenil-N’-1,2,3-tiadiazol-5-ilurea) é uma feniluréia, foi classificado como um tipo de citocinina que induz diversas respostas na planta, similares às respostas induzidas por citocininas naturais (GUO et al., 2011). Alguns estudos também mostram que a citocinina pode interferir positivamente na produtividade de grãos em arroz (ASHIKARI et al., 2005; JAVID et al., 2011; ZULKARNAIN et al., 2013), reforçando o potencial dessa técnica para o arroz de terras altas. A citocinina é um hormônio vegetal, desempenhando papel na divisão celular, aumento na capacidade fotossintética (SONG et al., 2013), expansão foliar, aumento na assimilação de CO2, condutância estomática, eficiência da enzima rubisco, e desenvolvimento de cloroplastos funcionais (MONAKHOVA; CHERNYAD’EV, 2007; 45 51 LAZOVA; YONOVA, 2010; CORTLEVEN; VALCKE, 2012). A citocinina também regula a mobilização de nutrientes e fotoassimilados por meio de alterações na relação fonte/dreno (TAIZ; ZEIGER, 2017). A literatura mostra influência direta da citocinina no crescimento radicular, de modo que, elevados níveis desse hormônio podem inibir o crescimento das raízes (KIEBER; SCHALLER, 2014), prejudicando a exploração do solo e captação de nutrientes. Por outro lado, a citocinina é responsável pela expressão de genes que codificam proteínas nas raízes responsáveis por absorção de nutrientes (SÉGUÉLA et al., 2008; NAM et al., 2012; SHEN et al., 2014; RUFFEL et al., 2016). Logo, tem-se a hipótese que o uso de citocinina influencia positivamente a absorção de nutrientes pela planta, resultando em melhor desenvolvimento e produtividade da cultura. Desta forma, este trabalho foi realizado objetivando investigar os efeitos de doses de thidiazuron na produtividade de arroz de terras altas, juntamente com o comportamento nutricional das plantas tratadas com esta substância, identificando quais nutrientes são influenciados nos diferentes órgãos da parte aérea ao longo do ciclo da cultura. 2.2 MATERIAL E MÉTODOS 2.2.1 Caracterização da área e delineamento experimental O experimento foi conduzido em condições de terras altas, favorecidas pelo uso de irrigação por aspersão, nas safras 2015/2016 e 2016/2017, em Botucatu (SP) (48o26’W, 22o51’S e altitude de 740 m). O clima, conforme a classificação de Köppen, é do tipo Cwa, caracterizado como tropical de altitude, com inverno seco e verão quente e chuvoso. Os dados climáticos registrados durante o ciclo de cultivo nas duas safras estão apresentados na Figura 1. O solo da área experimental foi classificado como NITOSSOLO VERMELHO distroférrico (SANTOS et al., 2018). Seus atributos químicos foram determinados antes da instalação do experimento, na camada 0,0-0,20 m, segundo a metodologia proposta por Raij et al. (2001) (Tabela 1). 46 Tabela 1 - Caracterização dos atributos químicos do solo da área experimental referente as safras de 2015/2016 e 2016/2017 pH(CaCl2) MO P(Resina) S Al+3 H+Al+3 K Ca Mg SB CTC V% Safra g dm-3 mg dm-3 mmolc dm-3 2015/2016 5,2 20 45 13 1 33 3,4 29 12 44 77 57 2016/2017 5,1 24 44 14 2 35 3,3 26 10 39 74 52 O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso com seis repetições. Os tratamentos foram constituídos por doses (0, 0,8, 1,6 e 2,4 g ha-1) de thidiazuron, aplicadas durante a fase de perfilhamento da cultura. As doses adotadas nesse experimento foram definidas tendo como base no trabalho de Alves et al. (2015), visando aumentar a quantidade aplicada e encontrar a dose máxima de resposta em produtividade. O cultivar foi o ANa 8001, que em virtude de seu porte médio, mostra resistência ao acamamento, embora possa acamar quando em condições de excessivo desenvolvimento vegetativo. O potencial produtivo é de 8.000 kg ha-1, sendo responsivo a novas tecnologias, dando suporte ao estabelecimento da agricultura moderna. Tem como características principais: ciclo curto (107 dias até a maturação completa), 80 dias da emergência ao florescimento, grãos tipo longo fino (agulhinha), moderadamente suscetível à brusone (Pyricularia oryzae Cav.) (AGRO NORTE, 2015). 47 51 Figura 1 - Dados diários de precipitação pluvial, temperatura máxima e mínima durante a condução do experimento em 2015/2016 (a) e 2016/2017 (b) Cada unidade experimental foi constituída por 8 fileiras de plantas, com 7,0 m de comprimento, espaçadas em 0,35 m. As 4 fileiras centrais foram consideradas área útil, sendo que 0,50 m da extremidade de cada fileira de plantas e as quatro fileiras externas constituíram-se de bordadura. 2.2.2 Condução do experimento O experimento foi conduzido em sistema de plantio direto. A semeadura aconteceu no dia 17 e 21 de novembro, na safra 2015/2016 e 2016/2017, 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 100 120 140 160 T em p er at u ra ( °C ) P re ci p it aç ão ( m m ) a) Precipitação Pluvial Temp min. Temp max. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 100 120 140 160 T em p er at u ra ( °C ) P re ci p it aç ão ( m m ) b) Precipitação Pluvial Temp min. Temp max. Semeadura Perfi. Dif. Floral Embo. Flores. Colheita Grão l. Semeadura Perfi. Dif. Floral Embo. Flores. Colheita Grão l. 48 respectivamente, utilizando-se 200 sementes viáveis m-2. A emergência das plântulas ocorreu seis dias após a semeadura. Na semeadura foi aplicado 40 kg ha-1 de N na forma de ureia, 61,6 kg ha-1 de P2O5 na forma de superfosfato simples e 35,2 kg ha-1 de K2O na forma cloreto de potássio, ao lado e abaixo da semente, nas duas safras (RAIJ et al., 1996). A irrigação do experimento foi realizada por sistema de aspersão convencional, composto por duas linhas laterais e aspersores com vazão de 1,07 m3 hora-1. O momento da irrigação foi definido pelo método de irrigação de salvação, onde o fornecimento de água é realizado apenas quando as plantas apresentam sintomas de falta de água ao ponto de comprometer a produção ou quando a umidade do solo está em torno de 30-40% da capacidade de campo, sendo fornecido uma lâmina de 20 mm (SILVA et al., 2007). O controle de plantas daninhas, insetos-praga e doenças foi realizado de acordo com as necessidades da cultura. Na adubação de cobertura foi aplicado 80 kg ha-1 de N, na forma de sulfato de amônio, parcelada em duas vezes (40 kg ha-1 e 40 kg ha-1), respectivamente aos 15 (pré-perfilhamento) e 30 (perfilhamento pleno), nas duas safras. 2.2.3 Coleta de plantas e análise nutricional As amostragens foram realizadas em função dos estádios fenológicos da cultura, na primeira e segunda safra, no perfilhamento (30 e 25 DAE), diferenciação floral (59 e 60 DAE), emborrachamento (79 e 75 DAE), florescimento (86 e 87 DAE), grão leitoso (98 e 102 DAE) e ponto de colheita (112 e 110 DAE), respectivamente. Em cada parcela, foram coletadas as plantas contidas em 0,30 m de linha da área útil. As partes da planta foram separadas em folha (lâmina foliar), colmo, (colmo + bainha) e panícula. As amostras foram alocadas em estuda com circulação forçada de ar a 60ºC, até atingir massa constante. Para a avaliação nutricional, as amostras foram moídas em moinho tipo Willey e as concentrações de N, P, K, Ca, Mg, S, Zn, Cu, Fe e Mn foram determinadas segundo metodologia proposta por (MALAVOLTA et al., 1997). 2.2.4 Produtividade de grãos e exportação de nutrientes A produtividade de grãos foi determinada por meio da colheita de duas linhas da área útil de cada parcela, sendo os grãos em casca pesados e a umidade corrigida 49 51 para 130 g kg-1 de água, e posteriormente convertido em kg ha-1. A exportação de nutrientes pelos grãos foi obtida multiplicando o teor de nutrientes nos grãos pela produtividade obtida em cada tratamento. 2.2.5 Análise estatística Os resultados foram submetidos à análise de variância a 5% de probabilidade, quando significativo, as médias foram comparadas pelo teste de diferença mínima significativa de Fisher (LSD) a 5% de probabilidade, e realizado regressão para doses de TDZ. Todas as análises foram realizadas utilizando o programa estatístico SISVAR 5.3 (FERREIRA, 2011). 2.3 RESULTADOS Em 2015/2016 a quantidade de chuva ao longo do ciclo atingiu 1385 mm, as médias de temperatura mínima e máxima foram de 15 e 28,4ºC, respectivamente (Figura 1a), enquanto em 2016/2017 a precipitação foi de 878 mm, com médias de temperatura mínima de 19,2ºC e máxima de 29,2ºC (Figura 1b). Dentre todos os nutrientes avaliados apenas os teores de N e K foram influenciados pelas das doses de TDZ aplicadas, e essa influência só aconteceu em função da diferença entre as duas safras. Para o N, observou-se influência dos teores apenas no colmo durante o ponto de colheita (Tabela 2). Em relação ao K, os teores foliares apresentaram interação em todas as fases avaliadas, e também para os teores na panícula no ponto de colheita (Tabela 2). Na interação apresentada na Figura 2 é possível observar que, na safra 2015/2016, os teores de N no colmo foram maiores que em 2016/2017 para todas as doses. Quanto à resposta das doses, na primeira safra os resultados ajustaram-se à equação quadrática, sendo o ponto de máxima atingido na dose estimada de 1,1 g ha- 1. Na segunda safra os teores apresentaram redução linear em função das doses, com diminuição de 0,66 g por kg de matéria seca na dose de 2,4 g ha-1 (Figura 2). 50 Figura 2 - Desdobramento estatístico para teores de N no colmo avaliado no ponto de colheita de plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017. Barras de erros representam diferença mínima significativa Doses de TDZ (g ha-1) 0,0 0,8 1,6 2,4 g kg -1 0 2 4 6 8 2015/2016 y = -0,5625x2 + 1,23x + 5,804 R² = 0,54 p = 0,0466 2016/2017 y = -0,275x + 4,34 R² = 0,81 p = 0,0291 51 Tabela 2 - Probabilidade de F (≤0,05) para os teores de nutrientes durante a diferenciação floral (DF), emborrachamento (EB), florescimento (FL), grão leitoso (GL) e pondo de colheita (PC) em plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 Folha Colmo Panícula DF EB FL GL PC DF EB FL GL PC FL GL PC N TDZ 0,7791 0,4215 0,9798 0,3003 0,9618 0,5956 0,7357 0,9154 0,8519 0,0117 0,8491 0,8910 0,8111 T*S† 0,9813 0,9338 0,7643 0,9516 0,5139 0,6889 0,7370 0,5845 0,9699 0,0131 0,9661 0,4102 0,2114 P TDZ 0,1722 0,7951 0,0829 0,4748 0,2523 0,4110 0,8700 0,7330 0,5478 0,0386 0,5309 0,4823 0,7625 T*S 0,4255 0,6546 0,8197 0,5066 0,2368 0,1910 0,5472 0,0261 0,3972 0,0826 0,5355 0,1880 0,7011 K TDZ 0,0444 0,0638 <0,0001 0,0312 0,0631 0,3913 0,0940 0,8672 0,5610 0,6317 0,2923 0,5260 0,0004 T*S 0,0044 0,0003 <0,0001 0,0002 0,0314 0,1318 0,0805 0,6124 0,0735 0,5961 0,4963 0,5381 0,0012 Ca TDZ 0,5797 0,1054 0,1577 0,1161 0,3548 0,8920 0,4783 0,7708 0,6224 0,4429 0,6197 0,1473 0,9171 T*S 0,2127 0,1287 0,2690 0,3334 0,3403 0,8685 0,6173 0,6977 0,4317 0,3231 0,5691 0,1013 0,9163 Mg TDZ 0,4197 0,1254 0,4615 0,1348 0,5775 0,9516 0,8967 0,5738 0,1212 0,4511 0,6516 0,0670 0,5063 T*S 0,4454 0,4730 0,7177 0,3491 0,8585 0,7797 0,1890 0,4996 0,8906 0,4681 0,6835 0,4682 0,7860 S TDZ 0,9129 0,3246 0,8505 0,3892 0,8310 0,7182 0,6094 0,6342 0,3522 0,8773 0,6087 0,9809 0,3853 T*S 0,2599 0,4199 0,4838 0,2625 0,3374 0,4243 0,4510 0,3816 0,9371 0,1047 0,2133 0,2174 0,6879 Cu TDZ 0,2304 0,9973 0,1750 0,7560 0,4701 0,5480 0,2140 0,4830 0,7344 0,0825 0,1118 0,9028 0,2313 T*S 0,1640 0,1416 0,3059 0,8361 0,4904 0,6643 0,6914 0,0376 0,0728 0,2382 0,1186 0,9671 0,2848 Zn TDZ 0,6336 0,9661 0,3985 0,0621 0,6334 0,3726 0,6550 0,3353 0,4722 0,7874 0,4791 0,1238 0,1153 T*S 0,4542 0,5286 0,3382 0,1561 0,2788 0,2102 0,5685 0,1052 0,3838 0,9528 0,4003 0,4954 0,1754 Mn TDZ 0,9249 0,5519 0,9126 0,6102 0,8702 0,9319 0,2764 0,6105 0,1300 0,8509 0,0133 0,1500 0,0551 T*S 0,7372 0,9668 0,6056 0,4835 0,1676 0,4497 0,4657 0,4238 0,5451 0,2198 0,1350 0,0762 0,1031 Fe TDZ 0,5106 0,5128 0,8214 0,3444 0,8752 0,3898 0,4691 0,3251 0,3862 0,5909 0,8995 0,7486 0,4295 T*S 0,8384 0,7232 0,1199 0,2502 0,9330 0,8980 0,8355 0,2855 0,2449 0,4658 0,5408 0,6230 0,4196 † Interação entre o fator doses de thidiazuron e safra. 52 Os teores de K na folha na fase de diferenciação floral foram maiores em 2015/2016, porém, não responderam ao efeito das doses de TDZ, enquanto em 2016/2017 os resultados tiveram aumento linear em função das doses (Figura 3a), chegando a um teor de 19,9 g kg-1 de matéria seca. Durante a fase de emborrachamento os teores diferiram nas duas safras, com exceção da dose 0,8 g ha-1. Observa-se na Figura 3b que a partir da dose 0,8 g ha-1 ocorre a inversão dos teores de K na folha. De maneira geral, nota-se incremento de 6,5 e decréscimo de 3,3 g ha-1 dos teores de K na folha nas safras de 2015/2016 e 2016/2017, respectivamente. Na fase de florescimento e grão leitoso, os teores de K na folha responderam às doses de TDZ semelhante à fase de diferenciação floral (Figura 3c e 3d). Na primeira safra não houve efeito das doses, enquanto em 2016/2017 os resultados ajustaram-se à equação linear positiva, com aumentos de 5,9 e 3,6 g ha-1 para florescimento e grão leitoso, nessa ordem. Nota-se na Figura 3e que os teores foliares de K no ponto de colheita também foram maiores em 2015/2016. Na primeira safra os resultados ajustaram-se à equação quadrática, com máximo valor de K (18,6 g kg-1) obtido com a dose estimada de 1,37 g ha-1. Já na segunda safra, os incrementos foram lineares até a maior dose, com cerca de 1,11 g kg-1 de K a mais que a testemunha. No ponto de colheita, o comportamento dos teores de K na panícula foram semelhantes aos foliares na maioria das fases avaliadas, onde, os resultados de 2015/2016 sobressaíram, porém, não respondendo ao efeito do TDZ aplicado (Figura 3f). Em 2016/2017 houve aumento linear dos teores em resposta às doses aplicadas, com aumento total de 2,2 g de K por kg de matéria seca. 53 51 Figura 3 - Desdobramento estatístico para os teores de K na folha nas fases de diferenciação foliar (a), emborrachamento (b), florescimento (c), grão leitoso (d), ponto de colheita (e) e na panícula no ponto de colheita (f) de plantas de arroz tratadas com thidiazuron. Barras de erros representam diferença mínima significativa, ns: não significativo A produtividade de grãos apresentou interação entre os fatores doses de TDZ a) g kg -1 0 5 10 15 20 25 30 b) g kg -1 0 5 10 15 20 25 30 c) Doses de TDZ (g ha-1) 0,0 0,8 1,6 2,4 g kg -1 0 5 10 15 20 d) g kg -1 0 5 10 15 20 25 30 e) g kg -1 0 5 10 15 20 f) Doses de TDZ (g ha-1) 0,0 0,8 1,6 2,4 g kg -1 0 1 2 3 4 5 6 7 2015/2016 ns 2016/2017 y = 1,035x + 17,448 R² = 0,69 p = <0,0001 2015/2016 ns 2016/2017 y = 1,5113x + 13,529 R² = 0,86 p = <0,0001 2015/2016 y = -0,7578x2 + 2,0763x + 17,206 R² = 0,98 p = 0,029 2016/2017 y = 0,465x + 13,927 R² = 0,78 p = 0,028 2015/2016 y = 2,7425x + 19,259 R² = 0,96 p = <0,0001 2016/2017 y = -1,3763x + 22,194 R² = 0,58 p = 0,026 2015/2016 ns 2016/2017 y = 2,4688x + 11,745 R² = 0,97 p = <0,0001 2015/2016 ns 2016/2017 y = 0,9137x + 2,806 R² = 0,86 p = <0,0001 54 e safra. Já a quantidade exportada de nutrientes pelos grãos, calculada em função da produtividade, teve apenas efeito das doses, exceto para Ca e Mn (Tabela 3). Tabela 3 - Probabilidade de F (≤0,05) para produtividade de grãos e nutrientes exportados em plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 e 2017/2017 Variável TDZ TDZ*Safra Produtividade <0,0001 0,0005 N 0,0075 0,1099 P 0,0124 0,0622 K 0,0003 0,5429 Ca 0,6562 0,3297 Mg 0,0370 0,2540 S <0,0001 0,0036 Cu 0,0236 0,6506 Zn 0,0123 0,0615 Mn 0,1251 0,0704 Fe 0,0040 0,0062 A produtividade de grãos em 2015/2016 foi superior à 2016/2017 para todas as doses aplicadas (Figura 4a). A média geral de produtividade na primeira safra foi de 8080 kg ha-1 em comparação com 3199 kg ha-1 em 2016/2017, redução de 60%. Os resultados de produtividade em 2015/2016 ajustaram-se à equação linear, com incrementos de até 2162 kg ha-1 na maior dose. Na segunda safra, apesar da baixa produtividade, as doses também promoveram aumentos, porém até a dose estimada de 1,52 g ha-1, cerca de 384 kg ha-1 a mais de grãos. A exportação de macronutrientes (Figura 4b) e micronutrientes (Figura 4c) pelo grão foi crescente em função do aumento das doses de TDZ. Os nutrientes com maior quantidade exportada foram N>K>P>Mg>S para os macro e Fe>Zn>Cu para os micronutrientes. Considerando os nutrientes com maior aumento em consequência das doses tem-se Fe, S, Cu, P, Zn, Mg, K e N, com 35,5, 25,9, 23,4, 21,0, 19,1, 17,7, 17,2 e 17,1%, respectivamente. 55 51 Figura 4 – Produtividade de grãos (a), quantidade de macronutrientes (b) e micronutrientes (c) exportados em grãos de plantas de arroz tratadas com thidiazuron em 2015/2016 e 2016/2017 b) kg h a-1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 c) Doses de TDZ (g ha-1) 0,0 0,8 1,6 2,4 g ha -1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 dose vs Zn - linear dose vs N-linear dose vs P - Linear dose vs K- linear dose vs Mg - linear dose vs S linear a) kg h a-1 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 dose vs 2016 dose vs 2017 N: y = 6,45x + 74,86 R² = 0,91 p = 0,001 P: y = 1,7137x + 15,466 R² = 0,98 p = 0,001 K: y = 4,4x + 27,07 R² = 0,96 p = <0,0001 Mg: y = 0,6087x + 6,772 R² = 0,92 p = 0,005 S: y = 0,5187x + 3,545 R² = 0,97 p = <0,0001 Cu: y = 2,2775x + 17,817 R² = 0,98 p = 0,005 Zn: y = 17,838x + 180,47 R² = 0,56 p = 0,011 Fe: y = 64,331x + 278,46 R² = 0,89 p = 0,001 2015/2016: y = 901x + 6998,8 R² = 0,96 p = <0,0001 2016/2017: y = -165,63x2 + 504,5x + 2964,6 R² = 0,99 p = 0,034 56 2.4 DISCUSSÃO A diferença de absorção de nutrientes entre as safras foi principalmente devido a disparidade climática. Mesmo os 878 mm de chuva observado na segunda safra serem considerados suficiente para a produção do arroz de terras altas (BOUMAN et al., 2007; XUE et al., 2008), as precipitações aconteceram de forma desuniforme ao longo do ciclo, e, mesmo com o fornecimento de água por meio da irrigação por aspersão, não foi possível evitar as reduções na produtividade. Apesar do ajuste quadrático para os teores de N no colmo durante o ponto de colheita (Figura 2), é possível inferir que o aumento das doses de TDZ reduzam os teores desse nutriente no órgão e fase em questão. Porém, essa redução pode estar relacionada à maior exportação de nutrientes para o grão. Cliquet et al. (1990) demonstraram que grande parte do N armazenado nos colmos é remobilizado para formação e enchimento de grãos. Crusciol et al. (2016) também relatam diminuição de nutrientes moveis no colmo em resultado da exportação para a panícula. Logo, é possível que a citocinina intensifique esse processo, uma vez que, além da redução dos teores de N no colmo, as doses de thidiazuron promoveram incrementos de produtividade. Ainda em relação ao potencial de remobilização de nutrientes e fotoassimilados da citocinina, a literatura demonstra que este hormônio é responsável pela ativação de invertases extracelulares e transportadores de hexoses (ROITSCH; EHNEß, 2000; WERNER et al., 2008), possivelmente, isso estimulou a exportação de compostos contendo N do colmo para o grão. Em adição a isso, estudos mostram interação positiva entre citocinina e a absorção de N, pois, plantas mutantes com rupturas na rota de produção de citocinina apresentam deficiência na absorção de N (PATTERSON et al., 2016; PAVLŮ et al., 2018). Sendo assim, o aumento das doses e citocinina e reduções nos teores no colmo reforça a ideia de que o N foi redistribuído, não havendo uma possível indução de deficiência. Levando em conta que os teores de K na folha foram positivamente influenciados pelas doses de citocinina em quase todas as fases, é importante associar o papel que esse nutriente exerce nas relações fonte/dreno da planta. Esse nutriente cria um potencial eletro-osmótico que gera efluxo de fotoassimilados do 57 51 mesofilo para o apoplasto, o carregamento no floema, transporte no floema e por fim absorção nas células dreno (CONTI; GEIGER, 1982; VREUGDENHIL, 1985; TAIZ; ZEIGER, 2017). Esse fato é reforçado ainda pelos incrementos dos teores na panícula observados no ponto de colheita, o que pode ter ajudado no enchimento de grãos. Os efeitos das doses de citocinina nos teores de K foram mais acentuados em 2016/2017. Naquela safra a temperatura média foi 2,5ºC maior e teve 507 mm a menos de chuva. Além de atuar como ativador de inúmeras enzimas no metabolismo das plantas (MARSCHNER, 2011), o K também desempenha papel fundamental no controle estomatal, conferindo à planta maior tolerância ao estresse hídrico e térmico (ANDRES et al., 2014; TAIZ; ZEIGER, 2017). Existem poucos estudos mostrando a influência direta da citocinina no fechamento de estômatos em condições de seca (FARBER et al., 2016), sendo essa função exercida pelo ácido abscísico (ABA) (ZHU, 2002). Porém, considerando que a citocinina aumentou os teores de K na folha, e que esse nutriente tem ação direta na abertura e fechamento dos estômatos, pode-se dizer que a citocinina atuou indiretamente na tolerância ao estresse abiótico em 2016/2017. No emborrachamento em 2016/2017, o teor foliar de K diminuiu em função das doses de TDZ, ao contrário de todas as outras fases (Figura 3b). Nam et al. (2012) relatam que plantas deficientes em citocinina tendem a expressar em maior quantidade o gene HAK5, responsável pela codificação de transportadores de K em raízes. Desse ponto de vista, faz sentido a redução nos teores de K, devido ao aumento da quantidade de citocinina fornecida à planta. Porém, isso não se repetiu nas demais fases e órgãos. Possivelmente, o veranico ocorrido em 2016/2017, que se iniciou pouco antes da fase de emborrachamento, deve ter gerado desequilíbrio no metabolismo da planta ocasionando tais resultados. A produtividade de grãos foi positivamente influenciada pelo uso de TDZ, corroborando com os resultados de Alves et al. (2015), que também fizeram aplicações de doses de TDZ na fase de perfilhamento em cultivares de arroz de terras altas. O efeito positivo da citocinina na produtividade de arroz também é relatado por Ashikari et al. (2005), Javid et al. (2011) e Zulkarnain et al. (2013). A citocinina é um hormônio vegetal que atua na divisão celular, senescência foliar, dominância apical, relações fonte/dreno, absorção de nutrientes e respostas a fatores biótico e abióticos (KIEBER; SCHALLER, 2014; SCHALLER et al., 2014; TAIZ; ZEIGER, 2017). Tendo em vista a gama de funções exercida por esse hormônio é 58 justificável os incrementos de produtividade, não só apenas pelo aumento dos teores de K e N. No que se diz respeito ao acúmulo de nutrientes no grão, não existem trabalhos mostrando a atuação da citocinina nesta característica em cereais. É possível encontrar relatos da influencia da citocinina na expressão de genes que codificam proteínas responsáveis pela absorção radicular de N (RUFFEL et al., 2011; RUFFEL et al., 2016), P (WANG et al., 2006; SHEN et al., 2014), K (NAM et al., 2012) e Fe (SÉGUÉLA et al., 2008), porém, sem resultados do acúmulo na parte área. O aumento na exportação de nutrientes pelo grão em função das doses de TDZ se deu pelo fato de como essa variável foi calculada (teor nos grãos x kg ha-1 de grãos). A citocinina não necessariamente aumentou o teor de nutrientes no grão. Crusciol et al. (2016) relatam que cultivares de alta produtividade não tem maior demanda por nutrientes por cada tonelada de grão produzido. Neste caso, o aumento da exportação de nutrientes está ligado à capacidade do cultivar em acumular matéria seca nos órgãos reprodutivos, corroborando com Alvarez et al. (2012). Sendo assim, em consonância com Crusciol et al. (2007), acréscimos em produtividade geram grandes quantidade de nutrientes removidos, sendo necessário levar esse fato em consideração para o planejamento da adubação da cultura. 2.5 CONCLUSÃO O uso de thidiazuron aumenta os teores de K na folha do arroz, em consequência, as plantas se beneficiam da função desse nutriente. Isso confere tolerância ao estresse hídrico e térmico, promovendo incrementos na produtividade de grãos, mesmo em anos com condições climáticas adversas. Assim como o K, a produtividade de grãos responde positivamente ao uso de TDZ, resultando em ganhos significativos. A exportação de nutrientes pelo grão também aumenta, em consequência do acúmulo de matéria seca nos órgãos reprodutivos. REFERÊNCIAS AGRO NORTE, P. E. S. L. Produtos, Arroz, ANa 8001. Disponível em: . Acesso em: 7 out. 2015. 59 51 ALVAREZ, R. de C. F.; CRUSCIOL, C. A. C.; NASCENTE, A. S. Análise de crescimento e produtividade de cultivares de arroz de terras altas dos tipos tradicional, intermediário e moderno. Pesquisa Agropecuária Tropical, v. 42, n. 4, p. 397–406, 2012. ALVES, C. et al. Thidiazuron aumenta a produtividade em arroz de terras altas. Pesquisa Agropecuária Tropical, v. 45, n. 3, p. 333–339, 2015. ANDRES, Z. et al. 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