MUTAÇÃO COMO FONTE DE VARIABILIDADE NO AUMENTO DA TOLERÂNCIA A TOXIDEZ POR FERRO EM MUTANTES DE ARROZ (Oryza sativa L.)

FARIAS, Daniel1; MALONE, Emilia1; BERNARDES, Albina1; LUZ, Viviane K da1; SILVA, Vanessa N1;  AHLERT, Renata1; MARINI, Naciele1; CARVALHO, Fernando I F1; OLIVEIRA, Antonio C1.

1. Centro de Genômica e Fitomelhoramento Universidade Federal de Pelotas. Campus Universitário - Caixa Postal 354 – CEP 96010-900. emimalone@hotmail.com

1. INTRODUÇÃO

Fatores químicos limitam o crescimento da raiz em solos ácidos, diminuindo o rendimento das culturas. O ferro é um nutriente essencial para o crescimento e desenvolvimento vegetal, pois é parte integrante no processo de oxirredução de inúmeras enzimas, além de participar de várias funções celulares, incluindo fotossíntese, respiração e síntese de clorofila (Taiz & Zeiger, 1998). Embora o ferro seja essencial para as plantas, o seu excesso pode ser altamente prejudicial. Em solos alagados, as condições anaeróbicas e o baixo pH levam à solubilização e redução do Fe+3 à Fe+2, que é facilmente absorvido pela planta, podendo ocorrer sérios problemas de toxidez.
A desordem nutricional conhecida por toxidez por ferro, observada frequentemente na cultura do arroz irrigado, manifesta-se através do aparecimento de pontos castanhos-escuros na ponta das folhas (toxidez direta) e da descoloração das mesmas, adquirindo tonalidades amarelo ou alaranjadas (toxidez indireta). Alguns autores (Howeller, 1973) atribuem este fenômeno à precipitação de óxidos de ferro sobre as raízes do arroz, o que impede a absorção de outros elementos pela planta.
No Rio Grande do Sul, Lopes (1987) estimou que a produtividade grãos pode ser reduzida em até 30% quando em solos que induzem a manifestação dos sintomas provocados por este elemento.
O arroz tem sido considerado um modelo para o melhoramento genético de gramíneas por apresentar um genoma pequeno, com mapas genéticos e físicos bem desenvolvidos e de sequenciamento completo (IRGSP, 2005; Izawa e Shimamoto, 1996; Gale & Devos, 1998), podendo ser assim, um modelo para a clonagem de genes ligados à tolerância a diversos estresses, tanto bióticos quanto abióticos.
O desenvolvimento de novas cultivares é um processo contínuo dentro das instituições de pesquisa agrícola. Porém, para que o sucesso dos programas de melhoramento seja efetivo, é fundamental a presença de variabilidade genética para fins de seleção. A obtenção de variabilidade mediante o emprego de agentes mutagênicos é uma das ferramentas que pode ser empregada no melhoramento vegetal em função da capacidade de alterar uma ou mais características desejáveis.
O objetivo do presente trabalho foi caracterizar morfologicamente genótipos mutantes de arroz selecionados para tolerância ao alumínio quanto a sua tolerância à toxidez por ferro sob condições de hidroponia.

2. MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi realizado no Laboratório de Di-haplóides e Hidroponia do Centro de Genômica e Fitomelhoramento (CGF) da Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel da Universidade Federal de Pelotas (UFPel).
Sementes da cultivar BRS 7-TAIM foram irradiadas com raios gama provenientes do 60Co, no Centro Regional de Oncologia da UFPel. A dosagem adequada foi de 250 Gy, estabelecida por um estudo preliminar em que foram testadas seis diferentes doses (Zimmer et al., 2002). A cultivar BRS7-TAIM apresenta diversas características de interesse agronômico procuradas atualmente para aumentar a produtividade do cereal. Os genótipos mutantes empregados pertencem ao banco de germoplasma do CGF/UFPel. Foram utilizados nove genótipos mutantes de arroz (Oryza sativa L.) na geração M5 (Tablela I). Foi adicionada ao experimento a cultivar BRS 7-TAIM sem mutação como testemunha. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos completamente casualizados, com três repetições, e a unidade experimental (linha) foi constituída de dez sementes para cada genótipos. 
As famílias utilizadas na análise foram selecionadas com base em dados preliminares avaliando mais de 30 famílias do mesmo banco de mutantes quanto à tolerância a concentrações tóxicas de alumínio (Malone, 2005).
Cinqüenta sementes de cada família foram desinfetadas em solução de hipoclorito de sódio a 0,2%, durante cinco minutos e lavadas três vezes com água destilada. As sementes foram colocadas em tampas com tela de nylon adaptadas a um balde de 2,2 L contendo água destilada. Os baldes foram transferidos para câmara germinadora (BOD) a 26 ºC e umidade relativa de 100% por 96 horas.  
Após a germinação, as plântulas foram levadas para o sistema hidropônico adicionando nos baldes uma solução nutritiva completa descrita por Camargo & Oliveira (1981). Cada recipiente, contendo um total de 100 plantas, foi colocado em um tanque hidropônico em sistema tipo “banho-maria” com temperatura de ± 25ºC, com iluminação artificial e aeração permanente.
Os tratamentos foram constituídos por duas doses de Ferro: 0 (testemunha) e 9 mM, o pH da solução foi ajustado para o intervalo de 3,9 – 4,1 com HCl 1N ou NaOH 1N, e monitorado diariamente.
As plântulas se desenvolveram em solução nutritiva sete dias, sendo então transferidas para os recipientes contendo solução nutritiva com adição de Sulfato de ferro (FeSO47H2O) na concentração de 9 mM e quantidade equimolar de EDTA para evitar o precipitado do mesmo, permanecendo nestas condições por oito dias. Após este período foram avaliadas as seguintes variáveis: Número de raízes (NR), comprimento da raiz principal (CRP), comprimento da primeira folha (CPF) e, comprimento da parte aérea (CPA). 
A seguir, os dados morfológicos foram submetidos às análises estatísticas de variância em um modelo fatorial e teste de comparação de média por  Duncan a 5% de probabilidade de erro com emprego do  programa Genes (Cruz, 2001) 

Tabela 1. Genótipos mutantes de arroz utilizados na análise.
Número	Família	
1	CGF-Z-M05-78 ARS1	
2	CGF-Z-M05-189	
3	CGF-Z-M05-22 P	
4	CGF-Z-M05-444 P1	
5	CGF-Z-M05-62 ARS2	
6	CGF-Z-M05-417 ARP	
7	CGF-Z-M05-282	
8	CGF-Z-M05-303 CD	
9	CGF-Z-M05-243	
10	TAIM	

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Da análise de variância fatorial (Tabela 2) foi observado interação em só duas variáveis, CRP e CPA indicando assim a presença de variabilidade entre as famílias em estudo. 

Tabela 2: Análise de variância modelo fatorial. FAEM/UFPel, 2006.
 	 	QM	
	Gl	NR	CRP	CPF	CPA	
Tratamento	9	0,2	0,9	0	2,9	
Ambiente	1	6,8	12.9*	0	19.7*	
Trat x Amb	9	0,5	0,5	0	1,2	
Resíduo	36	0,4	0,3	0	0,9	
Total	59	 	 	 	 	
NR= Número de raízes, CRP= comprimento da raiz principal, CPF= comprimento da primeira folha CPA= comprimento da parte aérea. (*) Significativo a 5%.

Da análise de comparação de médias pelo teste de Duncan a 5% de probabilidade para as variáveis CRP e CPA, observou-se que, somente na primeira variável (Figura 1), as famílias mutadas apresentaram médias superiores à testemunha padrão, destacando as famílias 3, 4 e, 6 que diferiram estatisticamente da testemunha. A variável mais afetada pela toxidez por ferro foi o comprimento da parte aérea, apresentando maior número de famílias com médias inferiores à testemunha na análise de médias, onde apresentaram fortes sintomas característicos de descoloração das folhas conforme citado por Howeller (1973).

*

*

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Figura 1. Distribuição da análise de comparação de médias das 10 famílias utilizadas na análise pelo teste de Duncan a 5% de probabilidade de erro. (*) Famílias com médias diferentes estatisticamente superiores à testemunha.

4. CONCLUSOES

A mutação foi favorável para o aumento da variabilidade na variável CRP em famílias mutantes quanto à tolerância a toxidez por ferro.
As famílias 3, 4 e, 6 evidenciaram rendimento superior no caráter CRP em relação à testemunha padrão. Destacaram-se como constituições genéticas promissoras para estudos a campo e de produtividade.
O caráter que permitiu uma melhor discriminação entre as famílias foi o comprimento de raiz principal (CRP).

5. BIBLIOGRAFIA
CRUZ, C.D. Programa GENES versão windows. Editora UFV. Viçosa, MG. 642p. 2001.
GALE, M. D.; DEVOS, K. M. comparative genetics in the grass. Proc. Natl. acad. Sci, v.95, p.1971-1974, 1998.
HOWELLER, R.H. Iron-induced oranging disease of rice in relation to physical-chemical changes in a flooded oxisol. Soil Science Society of America Proceedings, v.37, p.898-903, 1973.
IRGSP. International Rice Genome Sequence Project. 2005.
IZAWA, T.; SHIMAMOTO, K. Becoming a model plant: The importance of rice to plant science. Trend in plant science, v.1, n.3, p.95-99, 1996.
LOPES, M. S. Efeito da adubação e da calagem sobre a produtividade e a toxidez de ferro na cultivar BR-IRGA 409. In: Reunião da cultura do arroz irrigado, 15, Balneário Camboriú, 1987. Anais...Florianópolis, EMPASC, 1987. p.187-190.
MALONE, E. Caracterização morfológica e molecular de mutantes de arroz (Oryza sativa L.) quanto à tolerância a toxidez por alumínio. 2005. Dissertação de Mestrado. Centro de Biotecnologia, UFPel, 68 p. 
TAIZ, L & ZEIGER, E. Plant Physiology. Sinauer Associates, 2 ed., 1998.
ZIMMER, P. D.; OLIVEIRA, A. C. CARVALHO, F .I. F. et al. Mutants affecting root traits in rice In. INTERNACIONAL RICE GENOME MEETING CONGRESS CENTER, Tsukuba, 2002.