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Seleção de genótipos de tomateiro submetidos ao estresse hídrico em função da expressão de características fisiológicas

Authors:

Abstract

The objective of this study was to evaluate the physiological behavior of different tomato genotypes to assist in the selection of plants with tolerance to drought stress. It was used three blocks random and ten treatments: Eight genotypes F2RC1 [UFU80- F2RC1 #1 (3.5); UFU102- F2RC1 #7 (13.4); UFU102- F2RC1 #7 (13.3); UFU102- F2RC1 #7 (16.8); UFU102- F2RC1 #3 (2.7); UFU80- F2RC1#1 (11.8); UFU102- F2RC1 #7 (16.7); UFU102- F2RC1 #3 (14.5)], UFU-650 and LA-716. The experiment was conducted in a greenhouse with monitoring the flux density (W m-2), solar radiation (Qg), air temperature (°C), relative humidity (%) and the matric potential in the substrate (kPa). The collected physiological characteristics were: leaf temperature (Tleaf), internal CO2 (Ci), transpiration (E), stomatal conductance (gs) and CO2 assimilation (A), determined by portable gas analyzer infrared - IRGA. It was observed that the wild tomato S. pennellii was 6.96 times lower than the recurrent parent UFU-650 (pre-commercial line, susceptible to drought). The stomatal conductance (gs) showed significant values among genotypes. The results contribute to physiological characterization access S. pennellii (drought tolerant) and can assist in the selection of F2RC1 plants resistant to drought.
Agrária - Revista Brasileira de Ciências Agrárias
ISSN (on line) 1981-0997
v.11, n.2, p.80-84, 2016
Recife, PE, UFRPE. www.agraria.ufrpe.br
DOI:10.5039/agraria.v11i2a5369
Protocolo 5369 - 25/01/2016 • Aprovado em 01/06/2016
Seleção de genótipos de tomateiro submetidos ao estresse hídrico
em função da expressão de características siológicas
Debora Kelli Rocha1, Gabriel Mascarenhas Maciel1, Eusimio Felisbino Fraga Junior1,
Carlos Sebastião Machado Júnior1, Gregory Gustavo Silva Nogueira1, Rafaela Santos de Almeida1
RESUMO
Objetivou-se neste trabalho avaliar o comportamento siológico de diferentes genótipos de tomateiro, a m de contribuir com
a seleção de plantas com tolerância ao estresse hídrico. Utilizou-se o delineamento casualizado em blocos, com três blocos
e dez tratamentos, sendo: oito genótipos F2RC1 [UFU80- F2RC1 #1 (3.5); UFU102- F2RC1 #7 (13.4); UFU102- F2RC1 #7 (13.3);
UFU102- F2RC1 #7 (16.8); UFU102- F2RC1 #3 (2.7); UFU80- F2RC1 #1 (11.8); UFU102- F2RC1 #7 (16.7); UFU102- F2RC1 #3
(14.5) ], e outros dois genótipos utilizados como testemunhas UFU-650 e LA-716. O experimento foi conduzido em ambiente
protegido com monitoramento da densidade de uxo (W m-2), radiação solar global (Qg), temperatura do ar (ºC), umidade relativa
do ar (%) e o potencial mátrico no substrato (kPa). As características siológicas coletadas foram: temperatura foliar (Tleaf), CO2
interno (Ci), transpiração (E), condutância estomática (gs) e assimilação de CO2 (A), determinadas pelo analisador portátil de
gás no infravermelho – IRGA. Pode-se observar que o acesso selvagem S. pennellii foi 6,96 vezes inferior em relação ao genitor
recorrente UFU-650 (linhagem pré-comercial, susceptível ao décit hídrico). A condutância estomática (gs) apresentou valores
signicativos entre os genótipos. Os resultados obtidos contribuem para caracterização siológica do acesso Solanum pennellii
(tolerante a seca) e podem auxiliar na seleção de plantas F2RC1 resistentes ao décit hídrico.
Palavras-chave: décit hídrico, estresse abiótico, Solanum lycopersicum
Selection of tomato genotypes under water stress due
to the expression of physiological characteristics
ABSTRACT
The objective of this study was to evaluate the physiological behavior of different tomato genotypes to assist in the selection of
plants with tolerance to drought stress. It was used three blocks random and ten treatments: eight genotypes F2RC1 [UFU80-
F2RC1 #1 (3.5); UFU102- F2RC1 #7 (13.4); UFU102- F2RC1 #7 (13.3); UFU102- F2RC1 #7 (16.8); UFU102- F2RC1 #3 (2.7); UFU80-
F2RC1 #1 (11.8); UFU102- F2RC1 #7 (16.7); UFU102- F2RC1 #3 (14.5)], UFU-650 and LA-716. The experiment was conducted
in a greenhouse with monitoring the ux density (W m-2), solar radiation (Qg), air temperature (°C), relative humidity (%) and the
matric potential in the substrate (kPa). The collected physiological characteristics were: leaf temperature (Tleaf), internal CO2
(Ci), transpiration (E), stomatal conductance (gs) and CO2 assimilation (A), determined by portable gas analyzer infrared - IRGA.
It was observed that the wild tomato S. pennellii was 6.96 times lower than the recurrent parent UFU-650 (pre-commercial line,
susceptible to drought). The stomatal conductance (gs) showed signicant values among genotypes. The results contribute to
physiological characterization access S. pennellii (drought tolerant) and can assist in the selection of F2RC1 plants resistant to
drought.
Key words: drought, abiotic stress, Solanum lycopersicum
1 Universidade Federal de Uberlândia, Instituto de Ciências Agrárias, Rodovia LMG 746, Km 01, s/n, Bloco 1, Vila Nova, CEP 38500-000, Monte Carmelo-MG, Brasil. E-mail:
deborarocha.agro@gmail.com; gabrielmaciel@iciag.ufu.br; eusimiofraga@gmail.com; casemaju@yahoo.com.br; gregoryagronomia@gmail.com; rafaelaalmeida94@hotmail.com
D. K. Rocha et al.
Agrária, Recife, v.11, n.2, p.80-84, 2016
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Introdução
A cultura do tomateiro (Solanum lycopersicum L.) é uma
das mais exigentes em água (Santana et al., 2009). Poucos
avanços foram obtidos por programas de melhoramento
genético visando a tolerância ao estresse hídrico, devido a
complexidade da característica que é controlada por diferentes
genes (Bernier et al., 2008).
O comportamento das plantas sob estresse hídrico, depende
do genótipo, estádio de desenvolvimento, duração e severidade
do mesmo. Em decorrência destes fatores, as plantas ativam
mecanismos de defesa em níveis morfológicos, siológicos e
celular (Farooq et al., 2009).
Dentre as alterações morfológicas observadas, destaca-
se redução do tamanho da planta e da folha, abscisão foliar
e redução da massa seca e fresca em diferentes partes da
planta (parte aérea, frutos, caules e raiz) e aumento do volume
radicular. Essas alterações ocorrem indiretamente devido a
mudanças siológicas como a temperatura foliar, a condutância
estomática (Kochler et al., 2007), o potencial de água no solo
(Bergonci et al., 2000), dentre outros.
O acesso Solanum pennellii destaca-se pela capacidade de
desenvolver-se em ambientes áridos, pois consegue otimizar o
uso de água em ambientes de décit hídrico (Easlon & Richards,
2009) além de possuir, menor condutância estomática, tendo
uma resposta mais rápida a seca (Torrecillas et al., 1995). São
estas as razões para este acesso possuir ampla utilização nos
programas de melhoramento genético de tomateiro, visando
eciência na utilização de água.
Com base no exposto, objetivou-se avaliar o comportamento
siológico de diferentes genótipos de tomateiro, a m de
contribuir para um programa de melhoramento genético que
visa a seleção de genótipos com tolerância ao estresse hídrico.
Material e Métodos
O experimento foi conduzido na Estação Experimental
de Hortaliças da Universidade Federal de Uberlândia (UFU),
(altitude 873 m, 18º42’43,19”S, 47º29'55,8”) em Monte
Carmelo-MG. A região apresenta clima temperado úmido de
verão quente e inverno seco entre os meses de maio de 2015 a
agosto de 2015.
Os genótipos avaliados foram provenientes do
cruzamento interespecíco entre Solanum pennellii versus
Solanum lycopersicum (LA-716 x UFU-650), seguido de
um retrocruzamento [UFU-650 (LA-716 x UFU-650)] e
autofecundação. Foram avaliados oito genótipos F2RC1
[UFU80- F2RC1 #1 (3.5); UFU102- F2RC1 #7 (13.4); UFU102-
F2RC1 #7 (13.3); UFU102- F2RC1 #7 (16.8); UFU102- F2RC1
#3 (2.7); UFU80- F2RC1 #1 (11.8); UFU102- F2RC1 #7 (16.7);
UFU102- F2RC1 #3 (14.5)], o genitor recorrente UFU-650
(cultivar Santa Clara) e o genitor masculino LA-716 (S.
pennellii).
A semeadura foi realizada no dia 24 de maio de 2015
em bandejas de poliestireno com 128 células, preenchidas
com substrato comercial a base de turfa, vermiculita e casca
de arroz carbonizada. Após semeadura, as bandejas foram
acondicionadas em casa de vegetação com dimensões de
7 m de comprimento por 5 m de largura, pé direito de três
metros, coberta com lme de polietileno transparente de 150
micra, aditivado contra raios ultravioleta e laterais protegidas
com telas de polipropileno preto com 30% de sombreamento.
Decorridos 36 dias após semeadura foi realizado o transplantio
para vasos plásticos com capacidade de cinco litros preenchidos
com substrato comercial Carolina Soil do Brasil.
Foram monitorados no interior do ambiente protegido: a
densidade de uxo (W.m-2), a radiação solar global (Qg) através
de piranômetro de fotodiodo de silício (NRLITE - Campbell
Sci.), a temperatura do ar (ºC) e umidade relativa do ar (%)
com o sensor Vaissala (HMP45C - Campbell Sci.). Os sensores
foram instalados no vão central da casa de vegetação e acima
do dossel da cultura e ligados a um sistema de aquisição de
dados, (Datalogger CR1000 - Campbell Sci.), armazenando
os dados em intervalos de 15 minutos (valores médios ou
integrados).
Foram realizadas irrigações diárias em função da
necessidade das mudas, as quais foram efetuadas via recipiente
graduado, com controle individual de cada parcela. Para garantir
um bom status hídrico às plantas, realizou-se o monitoramento
do potencial mátrico do substrato utilizando-se tensiômetros
instalados em uma parcela de cada tratamento estudado. Os
tratos culturais foram realizados conforme preconizado para a
cultura até o nal do experimento (Filgueira, 2008).
Decorridos 125 dias após a semeadura (23/09/2015), foram
realizadas as medições das trocas gasosas em dois períodos,
pela manhã (entre 08 e 09:00 hs) e à tarde (entre 14 e 15:00
hs), quanticados na folha +1. As características siológicas
coletadas foram: temperatura foliar (Tleaf), CO2 interno (Ci),
transpiração (E), condutância estomática (gs) e assimilação
de CO2 (A), determinadas pelo analisador portátil de gás no
infravermelho - IRGA (modelo LCi, ADC BioScientic,
Inglaterra), em sistema aberto de luz e condições ambientes
de temperatura e concentração de CO2. Foram calculadas
também as seguintes relações: A/E (eciência instantânea do
uso de água), A/gs (eciência intrínseca do uso de água) e A/
Ci (eciência instantânea de carboxilação).
O delineamento estatístico utilizado foi em blocos
casualizado (DBC) com 10 tratamentos (genótipos), três
blocos, sendo uma planta por parcela, totalizando 30 unidades
experimentais. Utilizou-se o seguinte modelo estatístico: Yij=
μ + bj + ti + eij, em que: Yij: observação do i-ésimo genótipo no
j-ésimo bloco; μ: efeito xo da média geral; bj: efeito xo do
j-ésimo bloco (repetição); ti: efeito xo do i-ésimo genótipo
(tratamentos); eij: erro experimental médio. Após a obtenção
das médias de cada acesso, os resultados foram submetidos
ao teste de normalidade (teste de Lilliefors) e em seguida à
análise de variância, sendo as somas dos quadrados médios
comparadas pelo teste F (α = 0,05). Para comparação das
médias foi utilizado o teste Scott-Knott (α = 0,05) utilizando o
programa GENES (Cruz, 2006).
Resultados e Discussão
O potencial mátrico (kPa) do substrato foi monitorado
durante 20 dias precedendo à avaliação de trocas gasosas,
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demostrando a variação em função do tempo de experimento
(Figura 1) e a variação em função do genótipo estudado (Figura
2). Destaca-se que, com o manejo da irrigação adotado, a
disponibilidade hídrica no substrato não foi restritiva para
demanda hídrica das plantas, já que o potencial mátrico não
ultrapassou -20 kPa.
Os elementos climáticos monitorados no interior da casa de
vegetação foram: décit de pressão de vapor (kPa), radiação
solar global (W m2), evapotranspiração de referência (mm dia-1),
temperatura (ºC) e umidade relativa (%) (Tabela 1).
Na Figura 3, apresenta-se a variação diária dos mesmos,
sendo a temperatura média observada de 25ºC, variando
entre 18,2 e 35 ºC, estando os mesmos na faixa ideal para
o desenvolvimento da cultura (entre 15 e 34oC), segundo
Martins et al. (1999). A umidade relativa média do período
foi de 59,7%, variando entre 30 e 83,7%. A média da radiação solar global, décit de pressão de vapor e evapotranspiração de
referência observadas foram 73 Wm-2, 1,2 kPa e 1,9 mm.dia-1,
respectivamente.
A temperatura foliar (Tleaf) variou signicativamente
entre os genótipos analisados (Tabela 2). Considerando como
referência (100%) o genitor masculino (LA-716), pode-se
armar que o LA-716 e os genótipos UFU80- F2RC1 #1 e
UFU102- F2RC1 #3 apresentaram temperatura mais elevadas
(temperatura relativa média 96,6% superior) em relação ao
genitor feminino (UFU-650) e os demais genótipos UFU102-
F2RC1 #7 (13.4); UFU102- F2RC1 #7 (13.3); UFU102- F2RC1
#7 (16.8); UFU80- F2RC1 #1 (11.8); UFU102- F2RC1 #7 (16.7);
UFU102- F2RC1 #3 (14.5) (temperatura relativa média 89,6%).
O genitor masculino (LA-716) apresentou superioridade de
13% em relação ao genitor feminino (UFU-650).
O teor de CO2 interno (Ci), assimilação de CO2 (A), A/E
(eciência instantânea do uso de água), A/gs (eciência
intrínseca do uso de água) e A/Ci (eciência instantânea de
carboxilação) não variaram signicativamente em função dos
genótipos de tomateiro analisados.
Com os dados obtidos neste estudo, não foi possível fazer
uma boa caracterização da assimilação de CO2 para os genótipos
avaliados, devido à grande variabilidade existente entre os
materiais e o ambiente estudado. Apesar da assimilação de
CO2 (A) ser uma boa característica para estudos de tolerância
ao estresse hídrico, este não é o único fator a ser considerado
em estudos com trocas gasosas, conforme preconizam Santos
& Carlesso (1998).
A eciência do uso da água é caracterizada como a
quantidade de água transpirada por uma cultura para a
produção de certa quantidade de matéria seca (Silva et al.,
2007). Culturas mais ecientes no uso da água podem produzir
uma quantidade maior de matéria seca por volume de água
transpirado. O uso mais eciente da água está diretamente
relacionado ao tempo de abertura estomática, pois, enquanto
a planta absorve CO2 para a fotossíntese, a água é perdida por
transpiração (E) (Concenço et al., 2007).
A transpiração (E) variou signicativamente entre os
genótipos e os genitores. Considerando o genitor feminino
como referência (100%), o genitor UFU-650 e os genótipos
UFU102- F2RC1 #3 (14.5), UFU102- F2RC1 #7 (13.3), UFU102-
F2RC1 #7 (13.4), UFU80- F2RC1 #1 (11.8) apresentaram teores
Variável meteorológica 23/09/2015
DPV (kPa) 1,2
Qg (W m-2) 73,0
ETo (mm dia-1) 1,9
Tmin (°C) 18,2
Tmax (°C) 35,0
Tmed (°C) 25,0
URmin (%) 30,0
URmax (%) 83,7
URmed (%) 59,7
Tabela 1. Décit de pressão de vapor (kpa), Radiação Solar Global (W.m2),
Evapotranspiração de referência (mm dia-1), Temperatura (ºC), Umidade
relativa (%), monitorados no dia 23/09/15
Figura 2. Potencial mátrico (kPa) da água no solo durante 20 dias de
monitoramento em função do genótipo avaliado
Figura 1. Potencial mátrico (kPa) da água no solo durante o período estudado
Figura 3. Temperatura (ºC), Umidade relativa (%), Radiação Solar Global (W
m-2) monitorados no dia 23/09/15
Potencial mátrico - tensão (kPa)
Data
Potencial mátrico - tensão (kPa)
Genótipos
Temperatura (oC) e UR (%)
Radiação solar global (W m-2)
D. K. Rocha et al.
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60% superiores quando comparados com o genitor masculino
(LA-716) e os demais genótipos UFU80- F2RC1 #1 (3.5),
UFU102- F2RC1 #3 (2.7), UFU102- F2RC1 #7 (16.8), UFU80-
F2RC1 #1 (11.8), UFU80- F2RC1 #1 (11.8), UFU102- F2RC1 #7
(16.7). A transpiração do genitor feminino (UFU-650) foi seis
vezes superior à transpiração do genitor masculino (LA-716).
Para Larcher (2000), o declínio de transpiração está
associado ao fechamento dos estômatos, e variações na
abertura estomática causam alterações no potencial hídrico, por
atuarem sobre a transpiração. De forma que, é pelos estômatos
que ocorre a perda de água, juntamente com absorção de CO2,
resultando na redução da fotossíntese. O fechamento dos
estômatos priva as folhas de assimilação de CO2 e de realizar
fotossíntese, em favor da fotorrespiração (Morales et al.,
2015). A planta tende a fechar os estômatos quando os níveis
de luz estão abaixo da radiação fotossinteticamente ativa, ou
para evitar o estresse hídrico (Cochard et al., 2002).
Pode-se observar que o acesso selvagem S. pennellii foi
6,96 vezes inferior em relação ao genitor recorrente UFU-650
(linhagem pré-comercial, susceptível ao décit hídrico). O
fato do S. pennellii (LA-716) ter menor taxa de transpiração
comprova sua capacidade de tolerância ao estresse hídrico e
permite o desenvolvimento em ambientes áridos, como destaca
o trabalho de Easlon & Richards (2009).
A condutância estomática (gs) apresentou valores
signicativos entre os genótipos. Não houve diferença
signicativa entre o genitor UFU-650 e o genótipo UFU102
- F2RC1 #3 (14.5), sendo os mesmos superiores em relação
aos demais genótipos. Ao considerar o genitor feminino como
referência (100%), a relação entre o genótipo UFU102- F2RC1
#3 (14.5) e o genitor UFU 650 apresentaram superioridade de
43,3% em relação os genótipos UFU102- F2RC1 #7 (13.3),
UFU102- F2RC1 #7 (13.4), UFU80- F2RC1 #1 (11.8), e
superioridade de 84% em relação ao genitor masculino (LA-
716) e os genótipos UFU102- F2RC1 #7 (16.7), UFU102-
F2RC1 #7 (16.8), UFU80- F2RC1 #1 (3.5), UFU102- F2RC1 #3
(2.7).
Segundo Farooq et al. (2009), em condição de décit hídrico
estima-se uma redução da condição estomática. A diminuição
na condutância estomática (gs) indica que a fotossíntese não
estaria sendo restringida pelo fechamento estomático, nem
pela concentração de CO2 dentro da câmara subestomática,
mas por outros fatores bioquímicos que estariam dicultando a
redução do CO2 ali existente (Marur & Faria, 2006).
Conclusão
O acesso selvagem Solanum pennellii é tolerante à seca
devido entre outros fatores, a elevada temperatura foliar (Tleaf),
a baixa transpiração (E) e baixa condutância estomática (gs).
Os genótipos UFU102- F2RC1 #7 (16.7), UFU102- F2RC1
#7 (16.8), UFU80- F2RC1 #1 (3.5) e UFU102- F2RC1 #3
(2.7) foram similares ao acesso selvagem Solanum pennellii
referente a transpiração (E) e condutância estomática (gs)
indicando potencial para fomentar futuros programas de
melhoramento genético visando tolerância à seca.
Literatura Citada
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Tabela 2. Médias de Tleaf - temperatura foliar (°C), Ci - CO2 interno (mmol m-2 s-1), E - transpiração (mmol m-2 s-1), gs - condutância estomática (mol m-2 s-1),
A - assimilação de CO2 (µmol m-2 s-1), A/E - eciência instantânea do uso de água (mmol CO2 mol-1 H2O), A/gs - eciência intrínseca do uso de água (mmol
m2 s-1 H2O) e A/Ci - eciência instantânea de carboxilação em genótipos F2RC1 de tomateiro.
Genótipos Tleaf Ci EGsAA/E A/gs A/Ci
LA – 716 40,87 a 278,53 a 1,03 b 0,00 c 0,70 a 0,80 a 70,33 a 0,004 a
UFU–650 35,73 b 336,23 a 7,17 a 0,33 a 5,27 a 0,73 a 17,70 a 0,016 a
UFU102-F
2RC1#3 (14.5) 35,03 b 338,43 a 7,13 a 0,33 a 5,70 a 0,80 a 17,30 a 0,017 a
UFU102-F
2RC1#7 (16.7) 36,27 b 332,33 a 3,73 b 0,13 c 2,50 a 0,63 a 23,10 a 0,008 a
UFU102-F
2RC1#7 (16.8) 36,87 b 318,43 a 2,43 b 0,07 c 1,40 a 0,70 a 40,53 a 0,004 a
UFU80- F2RC1#1 (3.5) 38,50 a 343,77 a 1,93 b 0,03 c 0,50 a 0,27 a 16,97 a 0,001 a
UFU102-F
2RC1#3 (2.7) 39,07 a 283,43 a 2,60 b 0,03 c 2,47 a 0,97 a 54,60 a 0,009 a
UFU102-F
2RC1#7 (13.3) 37,27 b 335,37 a 6,57 a 0,20 b 4,17 a 0,60 a 18,83 a 0,013 a
UFU102-F
2RC1#7 (13.4) 37,50 b 315,13 a 6,30 a 0,20 b 4,87 a 0,83 a 30,80 a 0,017 a
UFU80- F2RC1#1 (11.8) 37,67 b 321,43 a 5,80 a 0,17 b 4,23 a 0,73 a 26,17 a 0,014 a
*Médias seguidas por letras distintas na coluna diferem entre si pelo teste de Scott-Knott a 0,05 de signicância
Seleção de genótipos de tomateiro submetidos ao estresse hídrico em função da expressão de características siológicas
Agrária, Recife, v.11, n.2, p.80-84, 2016
84
Farooq, M.; Wahid, A.; Kobayashi, N.; Fujita, D. y Basra,
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... However, there are wild species that have a better water use efficiency than the commercial cultivars. The wild accession LA-716 (S. pennellii) is one of them and, although it does not present good agronomic characteristics, the wild species uses water more efficiently than the cultivated plants (Rocha et al., 2016). With the plant breeding, it is possible the rescue of important agronomic characteristics, through an interspecific cross followed by backcrossings with a background of interest (Maciel et al., 2011). ...
... Direct methods, used for selection genotypes tolerant to water stress, are expensive and demand more time, which makes the indirect methods more viable. Many types of research have proven the efficiency of genotype selection from different techniques, like visual symptoms, soil water balance, the flow of sap, and gas exchange analyses (Aksic et al., 2011;Celebi, 2014;Begun et al., 2012;Rocha et al., 2016). However, the use of these techniques is scarce. ...
... UFU-222 is a pre-commercial line that has small fruits (>18 g), 9° Brix and is susceptible to water stress. The wild genotype also presents small fruits (15 g) but is tolerant to water deficit (Morales et al., 2015b;Rocha et al., 2016). ...
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Water stress can affect the yield in tomato crops and, despite this, there are few types of research aiming to select tomato genotypes resistant to the water stress using physiological parameters. This experiment aimed to study the variables that are related to the gas exchanges and the efficiency in water use, in the selection of tomato genotypes tolerant to water stress. It was done in a greenhouse, measuring 7 x 21 m, in a randomized complete block design, with four replications (blocks), being five genotypes in the F2BC1 generation, which were previously obtained from an interspecific cross between Solanum pennellii versus S. lycopersicum and three check treatments, two susceptible [UFU-22 (pre-commercial line) and cultivar Santa Clara] and one resistant (S. pennellii). At the beginning of flowering, the plants were submitted to a water stress condition, through irrigation suspension. After that CO2 assimilation, internal CO2, stomatal conductance, transpiration, leaf temperature, instantaneous water use efficiency, intrinsic efficiency of water use, instantaneous carboxylation efficiency, chlorophyll a and b, and the potential leaf water (Ψf) were observed. Almost all variables that were analyzed, except CO2 assimilation and instantaneous carboxylation efficiency, demonstrated the superiority of the wild accession, S. pennellii, concerning the susceptible check treatments. The high photosynthetic rate and the low stomatal conductance and transpiration, presented by the UFU22/ F2BC1#2 population, allowed a better water use efficiency. Because of that, these physiological characteristics are promising in the selection of tomato genotypes tolerant to water stress.
... This fact can be explained for the lack of efficient methodologies that are used to select the genotypes (BERENGUER 2015). The wild access LA-716, S. pennellii, is originating from a dry and hot region and because of the evolution over time, the specie is efficiency on the water use, compared to the common cultivars (ROCHA et al. 2016). Therefore, it is possible the introgression of genes, from S. pennellii, in advanced generations of tomato plants, aiming the development of genotypes that are tolerant to water stress. ...
... The pre-commercial line belongs to the germplasm bank of the UFU and it has determinate growth habit, large fruits (180 g) of Santa Cruz type and is susceptible to water stress. The wild access, LA-716, has indeterminate growth habit, small fruits (12 g) and is tolerant to water stress (ROUSSEAUX et al. 2005, ROCHA et al. 2016. After the F1 generation (hybrids) were obtained, the first and second backcrosses were made, in 2014 and 2015, respectively. ...
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The tomato crop adapts to different climatic conditions. However, the water stress, which is a relevant factor in the tomato cropping, can affect the productivity. This experiment aimed to estimate the genetic variability, after two backcrosses, and select tomato genotypes that are tolerant to water stress induced by mannitol. The advance of the generations was done on the field and the water stress test was done in laboratory atmosphere, in a completely randomized design with four replications. 17 genotypes, in the generation F2BC2, which were obtained from an interespecific cross between Solanum pennellii and Solanum lycopersicum L. and three check treatments, one resistant [wild access LA-716 (Solanum pennellii)] and two susceptible (cv. Santa Clara and UFU-650), were evaluated. After subjected to the osmotic potential of -0.3 Mpa, the seeds were evaluated for: germination percentage, standard germination percentage, first counting percentage, germination velocity index, average time of germination and initial and final length of radicle. As expected, the wild access, S. pennellii, was better than the susceptible check treatments. The genotype UFU102/F2BC2#71115 highlighted, compared to the others F2BC2 genotypes and in relation to the three check treatments, susceptible (cv. Santa Clara and UFU-650) and resistant (S. pennellii). Analyzing the genetic diversity, 8 different groups were obtained, being an indicative of genetic variability between the evaluated genotypes. The variable %G contributed with 33.9% in the diversification of the genotypes, presenting as the most important criterion, to be evaluated in genetic diversity studies, in the tomato crop under water stress, induced by mannitol. © 2017, Universidade Federal de Uberlandia. All rights reserved.
... In literature, great emphasis has been attributed to what is called water use efficiency (WUE), which is a useful feature for breeders to analyze when selecting genotypes presenting the desirable phenotypic performance, even when submitted to water deficiency. According to Rocha et al. (2016), selecting genotypes tolerant to water deficiency must consider mechanism to reduce water loss while maintaining biomass production. Those values displayed by line 16 confirmed its classification as "responsive to water availability improvement" and "tolerant in the presence of water deficiency". ...
... In this context, factors such as efficient water use, water restrictions, and irrigation costs (Telles & Costa, 2010) increase the need for drought tolerant cultivars. Additionally, tomato cultivation is considered a high-risk culture, with production costs exceeding US$19.000 per hectare (Hortifruti Brasil, 2019), indicating the need to improve tomato crop management. In high-risk crops, even small irrigation management errors reflect in high impact on the agronomic characteristics ...
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The selection of genotypes with agronomic potential associated with drought tolerance is considered of high complexity. An alternative could be the use of selection indexes that can evaluate multiple characteristics simultaneously. This study aimed to select tomato genotypes with agronomic potential and drought tolerance by selection indexes. The experiment was conducted in a randomized block design with three replications. Ten treatments were evaluated: seven genotypes F2RC3, donor genitor (Solanum pennellii), recurrent genitor (UFU-040), and cv. Santa Clara. The irrigation was suspended until the substrate reached a matric potential of ≤-25 kPa for water stress simulation during the tomato cycle at 45, 60, 80 and 100 days after sowing. The control treatment (donor genitor) and cv. Santa Clara, were resistant and susceptible to water deficit, respectively. The UFU-102-RC3#91335 genotype presented agronomic potential and satisfactory tolerance level to water deficit and presented 58.2% higher production than the recurrent genitor (UFU-040). The genotype-ideotype distance selection index was the most appropriate for the selection of tomato genotypes for agronomic potential allied to drought tolerance.
... www.nature.com/scientificreports/ Similarly, Torrecillas et al. 9 , Rocha et al. 11 , and Egea et al. 28,30 recorded inferior g s values for S. pennellii under drought-stress conditions. As LA 716 showed high g s in the control treatment, statistically identical to g s values recorded for M82 (p < 0.05), low g s values observed for LA 716 in the stress treatment are likely associated with stomatal closure rather than low stomatal density as suggested by Kebede et al. 14 and Egea et al. 30 . ...
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Although intensively studied, few works had looked into S. pennellii’s ability to cope with water-deficit conditions from a breeding point of view. In this study, we assessed potential traits of S. pennellii, that had previously been linked to high yields in other plant species, under long-term water-limited conditions and made a parallel with plant yield. For this purpose, the drought-resistant tomato genotypes IL 3–5 and IL 10–1, and the drought-sensitive IL 2–5 and IL 7–1 at seed level, together with both parents the S. pennellii accession LA 716 and the cultivar M82 were kept at 50 and 100% ASW throughout the growing season. Our findings confirm the superiority of LA 716 under water-limited conditions compared to the other S. lycopersicum genotypes in terms of plant water status maintenance. Percentual reduction on plant yield was higher in IL 3–5 and IL 10–1 than in M82 plants, indicating no correlation between drought resistance on germination and plant productive stages. A strong positive correlation was found between fruit yield and A, gs, and Ψleaf at 50% ASW, suggesting these traits as important selection criteria. LT and gmin, LA 716’s most promising traits, did not show a linear correlation with fruit yield under low water regimes. This study unravels traits behind tomato performance under water-limited conditions and should work as guidance for breeders aiming at developing drought-resistant tomato cultivars.
... Diante disso, aprimorar novas metodologias de seleção no melhoramento genético do tomateiro para tolerância à seca é de fundamental importância. Há relatos de métodos eficientes de seleção direta (Nahar & Ullah, 2006;Shamim et al., 2014;Rocha et al., 2016;Borba et al., 2017) e indireta em tomateiro (Aazami et al., 2010;Morales et al., 2015) visando avaliar a tolerância ao déficit hídrico, no entanto, tais procedimentos demandam maior período de tempo, custos elevados e exigem mais mão de obra para execução. ...
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A seleção de genótipos tolerantes ao déficit hídrico pode beneficiar a cultura do tomateiro favorecendo maiores produtividades. O objetivo do trabalho foi avaliar a potencialidade de solução osmótica de manitol como simulador de deficiência hídrica para seleção de genótipos de tomateiro. Adotou-se o delineamento inteiramente casualizado (DIC) com quatro repetições. Avaliou-se a melhor concentração de manitol capaz de identificar dois genótipos contrastantes (acesso selvagem LA-716, pertencente a espécie Solanum pennelliie cv. Santa Clara) tolerante e suscetível ao estresse hídrico, respectivamente. O potencial osmótico de -0,3 MPa obtido a partir da utilização de 22,29 g L-1 de manitol apresentou maior eficiência para seleção de genótipos do tomateiro. Esta concentração foi utilizada para seleção em sete genótipos segregantes F2RC1, provenientes de cruzamento interespecífico (S. pennellii versus S. lycopersicum) comparando com a testemunha resistente, acesso selvagem LA-716 e suscetível, cv. Santa Clara. O genótipo UFU80 - F2RC1#1 se destacou entre os demais, sendo superior em relação à testemunha suscetível ao déficit hídrico. O potencial osmótico de -0,3 MPa obtido por manitol foi eficiente na seleção indireta de genótipos segregantes de tomateiro tolerantes ao déficit hídrico.
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Estresses ambientais, como o hídrico, constantemente provocam prejuízos na produção vegetal. Programas de melhoramento buscam genótipos que possam superar as adversidades climáticas, produzindo tanto no ambiente tido com o ideal, quanto nos ambientes estressantes. O presente trabalho teve por objetivo avaliar caracteres relacionados à resistência ao déficit hídrico em 20 famílias F3RC1 de tomateiro (Solanum lycopersicum) advindas do cruzamento com um genótipo (WELL) proveniente da espécie S. pennellii, resistente à seca. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com três repetições. Foram realizados dois experimentos, o primeiro em Lavras-MG, que consistiu na avaliação de nove famílias F3RC1 advindas de duas autofecundações dos cruzamentos {TOM-684 x (WELL x M-82)}. O segundo experimento foi realizado em Ijaci-MG onde se avaliaram as mesmas nove famílias do experimento anterior e outras onze famílias obtidas do mesmo cruzamento. As plantas foram submetidas ao déficit hídrico por meio da suspensão da irrigação aos 35 dias após o transplantio das mudas para o campo. As famílias T4, T5, T6, T15, T17 destacaram-se quanto à produção de frutos e, dentre as nove famílias avaliadas nos dois locais de cultivo, a T6 foi a mais produtiva, indicando boa estabilidade produtiva. As famílias T5 e T9 destacaram-se por apresentar baixa incidência de podridão apical e maior conteúdo relativo de água na folha. Tanto a podridão apical como o conteúdo relativo de água, são bons parâmetros para a seleção indireta de plantas mais resistentes à seca.
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Scarcity of water is a severe environmental constraint to plant productivity. Drought-induced loss in crop yield probably exceeds losses from all other causes, since both the severity and duration of the stress are critical. Here, we have reviewed the effects of drought stress on the growth, phenology, water and nutrient relations, photosynthesis, assimilate partitioning, and respiration in plants. This article also describes the mechanism of drought resistance in plants on a morphological, physiological and molecular basis. Various management strategies have been proposed to cope with drought stress. Drought stress reduces leaf size, stem extension and root proliferation, disturbs plant water relations and reduces water-use efficiency. Plants display a variety of physiological and biochemical responses at cellular and whole-organism levels towards prevailing drought stress, thus making it a complex phenomenon. CO2 assimilation by leaves is reduced mainly by stomatal closure, membrane damage and disturbed activity of various enzymes, especially those of CO2 fixation and adenosine triphosphate synthesis. Enhanced metabolite flux through the photorespiratory pathway increases the oxidative load on the tissues as both processes generate reactive oxygen species. Injury caused by reactive oxygen species to biological macromolecules under drought stress is among the major deterrents to growth. Plants display a range of mechanisms to withstand drought stress. The major mechanisms include curtailed water loss by increased diffusive resistance, enhanced water uptake with prolific and deep root systems and its efficient use, and smaller and succulent leaves to reduce the transpirational loss. Among the nutrients, potassium ions help in osmotic adjustment; silicon increases root endodermal silicification and improves the cell water balance. Low-molecular-weight osmolytes, including glycinebetaine, proline and other amino acids, organic acids, and polyols, are crucial to sustain cellular functions under drought. Plant growth substances such as salicylic acid, auxins, gibberrellins, cytokinin and abscisic acid modulate the plant responses towards drought. Polyamines, citrulline and several enzymes act as antioxidants and reduce the adverse effects of water deficit. At molecular levels several drought-responsive genes and transcription factors have been identified, such as the dehydration-responsive element-binding gene, aquaporin, late embryogenesis abundant proteins and dehydrins. Plant drought tolerance can be managed by adopting strategies such as mass screening and breeding, marker-assisted selection and exogenous application of hormones and osmoprotectants to seed or growing plants, as well as engineering for drought resistance.
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Upland rice, produced by smallholder farmers, is the lowest-yielding rice production system. Drought stress is the most severe abiotic constraint in upland rice. Improving productivity of rice in the upland ecosystem is essential to meet rice food security needs of impoverished upland communities. In this context, breeding drought-resistant rice is an increasingly important goal. Numerous secondary characters have been suggested to help plant breeders in their selections, but most of these traits are not used in selection, as they are not practical for selection purposes, exhibit low heritability, or are not highly correlated with grain yield. Standardization of drought screening has been shown to increase the heritability of yield under stress to values similar to those obtained for yield in well-watered conditions. It has now been demonstrated that drought tolerant upland s can be bred by directly selecting for yield in stress environments. The use of molecular markers to perform selection may eventually provide plant breeders with more efficient selection methods. To date, many quantitative trait loci (QTL) for drought resistance have been identified in rice, but few are suitable for use in marker-assisted selection. However, large-effect drought resistance QTL have now been identified and may enable effective use of marker-assisted selection for drought resistance.
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Objetivou-se com este trabalho avaliar as características associadas à eficiência de uso da água em biótipos de azevém resistente e suscetível ao glyphosate, em diferentes níveis de competição. O experimento foi realizado em esquema fatorial 2 x 5, com os dois biótipos de azevém, suscetível e resistente, em planta única no centro da parcela, competindo com 0, 1, 2, 3 e 4 plantas do biótipo oposto. Todas as características matéria seca da parte aérea (MSPA), condutância estomática (Gs), pressão de vapor na câmara subestomática (Ean), gradiente entre temperatura da folha e do ar (DT) e taxa de transpiração (E) foram avaliadas 50 dias após a emergência das plantas, sendo calculada também a eficiência do uso da água (WUE) pela relação entre a quantidade de CO2 fixado pela fotossíntese e a quantidade de água transpirada. Foi elaborada ainda uma matriz de correlação entre as variáveis. O biótipo suscetível apresentou maior acúmulo de MSPA, comparado ao biótipo resistente ao glyphosate, quando cultivado livre ou em competição, porém foi menos eficiente quanto ao uso da água.
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Wild tomatoes occur in habitats from the extremely dry Atacama Desert to moist areas in the Andean highlands, which may have resulted in adaptation of populations or species to differences in soil moisture availability. However, when two accessions representing extremes in habitat water availability from each of the five self-compatible species were grown in a common garden, we observed no differences in leaf physiological responses to soil drought within or between species. All five species had drought avoidance characteristics with the same threshold soil moisture availability for decline of assimilation, stomatal conductance, and leaf water potential (Ψ(l)) in response to slowly decreasing soil moisture. After rewatering, all species rapidly recovered to near predrought Ψ(l), but bulk leaf solute potential after recovery did not indicate any osmotic adjustment. The lack of variation in shoot physiological traits during soil drought is unexpected as water deficit is commonly thought to have imposed selective pressure in the evolution of plant physiology. However, species did differ in assimilation under nonstressed conditions, which may contribute to differential soil water conservation and growth or survival during drought.
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Este trabalho foi desenvolvido na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, localizada no município de Eldorado do Sul, nos anos agrícolas de 1993/94 e 1994/95. O objetivo foi avaliar o potencial da água na folha como indicador do déficit hídrico, em milho (Zea mays L.), relacionando-o ao potencial da água no solo. O experimento constou de três níveis de irrigação, desde a capacidade de campo até a ausência de irrigação. Os valores do potencial mínimo da água na folha foram desde -1,2 a -1,5 MPa em plantas irrigadas (na capacidade de campo) e de -1,6 a -2,0 MPa em plantas não irrigadas. O potencial mínimo da água na folha correlacionou-se com o potencial matricial da água no solo a 45 cm de profundidade (r² = 0,73), e mostrou ser um indicador adequado de déficit hídrico. O potencial da água na folha ao entardecer mostrou relação com o potencial mínimo da água na folha, indicando, assim, que pode ser utilizado como indicador de déficit hídrico. O potencial foliar de base apresentou diferenças evidentes entre os tratamentos extremos, mas não teve relação consistente com o potencial mínimo da água na folha.
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Quantitative knowledge of the drought adaptation processes of crops is an important prerequisite for efficient irrigation management. To study the adaptation of stomatal resistance and transpiration of cauliflower to three different drought situations an experiment using containers with 220l of soil volume was conducted with three different water supply regimes to obtain a wide variation of plant reactions in time and intensity. One model of transpiration and three models of stomatal conductance based on either soil water potential, leaf water potential, or root signals were developed and parameterised with the experimental data. Specific transpiration, i.e. transpiration per unit leaf area, could be well described with a model based on soil water potential, but the threshold water potential below which specific transpiration declined was dependent on the atmospheric evaporative demand, characterised by potential transpiration. Stomatal resistance of unstressed plants was dependent on the radiation environment, and the threshold soil water potential also increased with increasing atmospheric transpiration requirement. Models using leaf water potential or simulated stomatal closure based on xylem ABA concentration gave also satisfactory descriptions of the experimental data but had other shortcomings like high correlations between model parameters and difficult input requirements that limit their usefulness for the prediction of effects of water limitations.
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Tomato plants of domesticated (Lycopersicon esculentum (L.) Mill. cv P-73) and wild relative (L. pennellii (Cerrell) D'Arcy accession PE-47) species growing in a growth chamber were subjected to drought by withholding irrigation for 7 days. After that, plants were re-irrigated and the recovery was seen after 13 days. Control plants were daily irrigated at 50% field capacity. Water stress affected the development of L. pennellii to a lesser extent, whereas L. esculentum showed a decrease in leaf area and succulence and symptoms of wilting. Minimum leaf water potentials (Ψ1) observed were −1.8 and −1.4 MPa for L. esculentum and L. pennellii, respectively. Leaf conductance (g1) decreased in response to water stress in both species. Recovery of Ψ1 in L. pennellii was rapid, whereas that of g1 lasted 6 days. In L. esculentumg1 started to increase just after plants were reirrigated, which indicated that a hydroactive mechanism controls the stomatal aperture. An osmotic adjustment of 0.13 MPa was observed only in L. esculentum, based on the accumulation of reducing sugars and proline. This indicates a glycophytic response involving high energy costs. The higher resistance to water stress by L. pennellii can be explained by more efficient stomatal control, which resulted in a lower leaf water deficit and the absence of morphological changes.
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The objectives of the study were to identify the relevant hydraulic parameters associated with stomatal regulation during water stress and to test the hypothesis of a stomatal control of xylem embolism in walnut (Juglans regia x nigra) trees. The hydraulic characteristics of the sap pathway were experimentally altered with different methods to alter plant transpiration (Eplant) and stomatal conductance (gs). Potted trees were exposed to a soil water depletion to alter soil water potential (Psisoil), soil resistance (Rsoil), and root hydraulic resistances (Rroot). Soil temperature was changed to alter Rroot alone. Embolism was created in the trunk to increase shoot resistance (Rshoot). Stomata closed in response to these stresses with the effect of maintaining the water pressure in the leaf rachis xylem (P(rachis)) above -1.4 MPa and the leaf water potential (Psileaf) above -1.6 MPa. The same dependence of Eplant and gs on P(rachis) or Psileaf was always observed. This suggested that stomata were not responding to changes in Psisoil, Rsoil, Rroot, or Rshoot per se but rather to their impact on P(rachis) and/or Psileaf. Leaf rachis was the most vulnerable organ, with a threshold P(rachis) for embolism induction of -1.4 MPa. The minimum Psileaf values corresponded to leaf turgor loss point. This suggested that stomata are responding to leaf water status as determined by transpiration rate and plant hydraulics and that P(rachis) might be the physiological parameter regulated by stomatal closure during water stress, which would have the effect of preventing extensive developments of cavitation during water stress.
Efeito dos níveis de reposição de água no solo na produtividade do tomateiro. Horticultura Brasileira, v.27, n.2, suplemento
  • M J Santana
  • T A Vieira
  • A C Barreto
Santana, M. J.; Vieira, T. A.; Barreto, A. C. Efeito dos níveis de reposição de água no solo na produtividade do tomateiro. Horticultura Brasileira, v.27, n.2, suplemento, p.S1378-S1384, 2009. <http://www.abhorticultura.com.br/eventosx/trabalhos/ ev_3/A1965_T2928_Comp.pdf>. 20 Jan. 2016