Autor(es):
Barros, Maria João Guerra Balça Pinheiro de 
Data: 2013
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10348/2818
Origem: Repositório da UTAD
Assunto(s): Centeio; Marcadores moleculares; Trabalho experimental; Indicadores bioquímicos do stress; Problem-based learning; Tolerância ao alumínio; 546.6(043); 577.21(043); 581.14(043); 371.38(043)
Descrição
O melhoramento de plantas tem como objetivo principal o aumento da produtividade das culturas mais adaptadas a condições adversas do meio, nomeadamente a tolerância a fatores abióticos, respondendo assim às necessidades crescentes da alimentação Mundial. A toxicidade do alumínio é um dos maiores problemas para a produtividade em solos ácidos, sendo o centeio o cereal mais tolerante ao Al.
Foram efetuados estudos sobre a tolerância ao alumínio em centeios cultivados e silvestres, diploides e tetraploides. A avaliação da tolerância ao alumínio foi realizada utilizando-se a análise dos recrescimentos radiculares após uma exposição curta ao alumínio. Os resultados obtidos revelaram diferentes respostas entre os centeios utilizados, sendo o centeio cultivado S. cereale (Montalegre e “4210”) a espécie mais tolerante e o centeio silvestre, S. montanum (diploide e tetraploide) a espécie mais sensível. Comparando o comportamento entre espécies com grau de ploidia diferente os centeios tetraploides revelaram-se mais sensíveis que os centeios diploides.
O estudo da fitotoxicidade do Al foi efetuado em raízes e folhas utilizando-se parâmetros de esclerofilia e estado hídrico, estudos histoquímicos e anatómicos. Os resultados obtidos revelaram diferentes respostas a este stress. Os efeitos fitotóxicos foram mais evidentes na raiz, apresentando os centeios mais sensíveis, maior acumulação de alumínio, maior deposição de calose e maior evidência de morte celular das células da raiz.Evidências da fitotoxicidade foram,também, observadas através do estudo da anatomia foliar e radicular.As raízes, após exposição ao Al, evidenciaram alterações no parênquima cortical, na endoderme e nos feixes contutores.Em geral, os genótipos mais sensíveis apresentaram maior espessamento da parede celular da endoderme e do vasos do xilema. Nas folhas, as alterações mais evidentes relacionaram-se com a diminuição da espessura total da folha e, nos centeios mais tolerantes, com o aumento da espessura da epiderme inferior. Em geral, as alterações referidas foram mais evidentes nos centeios tetraploides.
A caraterização molecular e a avaliação da variabilidade genética foi realizada utilizando os marcadores moleculares ISSRs (Inter Simple Sequence Repeat) e RAPDs (Random-Amplified Polymorphic DNA). Os ISSRs originaram 98 bandas reprodutíveis, obtendo-se uma percentagem de polimorfismo de 69%. Com os marcadores RAPDs, das 93 bandas amplificadas, 62 revelaram-se polimórficas. Os dois tipos de marcadores amplificaram mais bandas nas espécies diploides do que nas tetraploides. A análise dos resultados foi efetuada através do método UPGMA utilizando o coeficiente similaridade (SM). Os marcadores obtidos conseguiram associar a mesma espécie com diferente nível de ploidia (diploides e tetraploides) no mesmo grupo. A espécie S. montanum, considerada como ancestral do S. cereale, divergiu das restantes espécies em estudo. Os diferentes parâmetros analisados indicaram uma elevada variabilidade genética entre as espécies de centeio. Os genes ALMT1 e MATE estão associados com a tolerância ao Al, tendo-se confirmado a sua presença em todos os centeios estudados.
A análise bioquímica revelou alterações relacionadas com o stress oxidativo sendo evidente, com a exposição ao Al, a acumulação de osmólitos como açúcares e prolina, a perda de eletrólitos e a peroxidação lipídica.
O trabalho de investigação referido foi aplicado a professores e alunos envolvendo a metodologia de trabalho experimental. A temática da produtividade das culturas, considerando a tolerância a fatores abióticos e bióticos, foi abordada com alunos de diferentes níveis de ensino e foi utilizada para a aplicação do trabalho experimental. O trabalho foi integrado em projetos nos quais os alunos participaram ativamente na pesquisa, no desenho experimental, na execução experimental, no tratamento dos dados e na interpretação dos resultados. Durante todo o processo de aprendizagem os alunos adotaram comportamentos e atitudes idênticas aos investigadores durante a pesquisa e a conceção da investigação. A “investigação na sala de aula” permitiu aos alunos construir de forma ativa o conhecimento aprendendo a relacionar e a integrar as informações que obtiveram na pesquisa, com o trabalho experimental que desenvolveram.
A mesma metodologia foi aplicada aos professores durante um curso de formação de cariz essencialmente prático/laboratorial. Neste curso, privilegiaram-se as atividades que se consideraram exequíveis em contexto de sala de aula, fornecendo as ferramentas necessárias para a sua consecução. Através de inquéritos que foram efetuados aos professores verificou-se a utilidade deste tipo de intervenção e a importância do reforço contínuo aos professores durante as suas práticas pedagógicas. Plant breeding has as main objective to increase productivity of crops better adapted to harsh conditions of the environment, including tolerance to abiotic factors, thus responding to the growing needs of World Supply. Aluminum (Al) toxicity is a major problem for productivity in acidic soils, being rye the most Al-tolerant cereal.
Tests on Al tolerance were carried out in diploid and tetraploid and cultivated and wild ryes. Evaluation of aluminum tolerance was performed using analysis of root regrowth after short term exposure to aluminum. The results revealed different responses between ryes. The cultivated rye, S. cereale (Montalegre and "4210") revealed to be the most tolerant specie and the wild rye, S. montanum (diploid and tetraploid), the most sensitive species. Comparing the behavior between species with different ploidy level, the tetraploid proved to be more sensitive than the diploid ryes.
The study about phytotoxicity of Al was conducted in leaves and roots using parameters of sclerophylly and water status, anatomical and histochemical analysis. The results revealed different responses to this stress. The phytotoxic effects were more evident in the roots, revealing the most sensitive ryes, an increase of aluminum accumulation, great deposition of callose and more evidence of cell death in the root. In general, the more susceptible genotypes showed higher thickening in the cell wall of the endoderm and in the xylem cell walls. In the leaves, the most evident changes were correlated with the decrease in total thickness of the leaf and, in the more tolerant ryes, with the increased thickness of the lower epidermis. In general, these changes were more evident in tetraploid rye.
Molecular characterization and evaluation of genetic variability was performed using molecular markers, ISSRs (Inter Simple Sequence Repeat) and RAPDs (Random Amplified Polymorphic DNA). The ISSRs originated 98 reproducible bands and 69% of polymorphism. With the RAPD markers, from the 93 amplified bands, 62 proved to be polymorphic. The two types of markers, amplified more bands in diploid than in tetraploid species. The analysis was performed by UPGMA, using the similarity coefficient (SM). The markers obtained were able to associate the same species with different ploidy level (diploid and tetraploid) in the same group. The species S. montanum, considered as the ancestor of S. cereale, diverged from the other species studied. The different parameters analyzed indicated a high genetic variability among species of rye. The ALMT1 and MATE genes were associated with Al tolerance, and its presence was confirmed in all the studied rye.
Biochemical analysis revealed changes related to oxidative stress. With the exposure to Al, the accumulation of osmolytes, such as sugars and proline and the loss of electrolytes and lipid peroxidation, were observed. The research work was applied to teachers and students applying the methodology of experimental work. The issue of crop productivity, considering the tolerance to abiotic and biotic factors, was addressed to students of different levels of education and used for the application of the experimental work. The work was integrated in projects with the active participation of the students in the research, experimental design, accomplishment, processing the data and interpretation of the results.
Throughout the learning process, the students adopted behaviors and similar investigator’s attitudes during the assessment and the conception of the investigation.
The "Research in the classroom" allowed the students to actively construct knowledge by learning to relate and integrate the information obtained in the survey, with the experimental work.
The same methodology was applied to teachers, during a training course, with a nature essentially practical and laboratorial. In this course, the activities more feasible in the context of the classroom were considered in order to provide the necessary tools for their achievement. Through surveys that were conducted for teachers, it was verified the utility of this type of intervention and the importance of continuous reinforcement during their teaching practices. Tese de Doutoramento em Ciências da Terra e da Vida.
