Enriquecimento e alocação de 13C em plantas de eucalipto

Abstract

Nas últimas décadas, a utilização de isótopos estáveis em várias áreas de pesquisa vem se destacando, como na análise de fluxos e rotas metabólicas, análise de efeitos de estresses em plantas e, em grande escala, no estudo da matéria orgânica do solo (MOS). Estudos de alterações e dinâmica da MOS usando a variação da abundância natural do 13C, requerem mudanças na razão isotópica do C. Uma das alternativas é enriquecer o material vegetal (planta) com 13C, via fixação de 13CO2, de modo que a razão isotópica seja distinta daquela da MOS original. O objetivo deste trabalho foi investigar a homogeneidade do enriquecimento e alocação de 13C em diferentes partes da planta de eucalipto, com idade variando de 4 a 8 meses. No processo de marcação, três plantas de eucalipto cultivadas em solução nutritiva foram expostas a uma atmosfera enriquecida com 13CO2, em uma câmara de vidro (448 dm3), com temperatura em torno de 24 ºC e concentração de CO2 monitorada por um espectrômetro de massa de razão isotópica (IRMS) em amostras de ar retiradas ao longo do processo (126 dias com três pulsos de 13CO2 semanais). Após o período de marcação, as plantas foram separadas em folha (folha-fonte e folha-dreno), galho, casca, lenho e raiz, e analisadas, obtendo-se a [sigma]13CPDB das mesmas: folha-fonte (828,07), folha-dreno (645,72), galho (672,49), casca (691,86), lenho (632,02) e raiz (536,55 0/00). O padrão de alocação e enriquecimento de 13C entre as partes das plantas foi homogêneo, embora com diferenças numéricas da ordem de 291 0/00 na [sigma]13CPDB. As plantas de eucalipto mantiveram uma alta taxa de absorção de CO2 e, consequentemente, uma alta taxa fotossintética em concentrações de CO2 muito acima (180,4 mmol L-1 - 7.934 ppmv) do encontrado na atmosfera (8,64 mmol L-1 - 380 ppmv). O 13C fixado durante o dia foi liberado em menor escala na respiração noturna em comparação com o 12C.

In the last decades the use of stable isotopes has gained importance in several research areas, such as metabolites flow and pathways, the effects of biotic and abiotic stresses on plants, and in studies of soil organic matter (SOM). Studies on the alterations and dynamics of SOM using variation in 13C natural abundance require changes in the C isotopic composition, which not always is observed. One alternative is to label plant materials with 13C, via 13CO2, so that the C isotope ratio is different from that of native soil organic matter. Thus, the objective of the current study was to investigate how homogeneous was the labeling as well the allocation to different plant parts of applied 13C. Labeling was carried out with three 4-month old eucalypt plants grown in nutrient solution using a pulse technique. Plants were exposed to an atmosphere enriched with 13CO2 using 448 dm3 -glass chambers, under controlled temperature. The CO2 concentration and the 13C/12C ratio were monitored through off-line gas samples analysis in an isotope ratio mass spectrometer (IRMS) along the pulse-labeling period (126 days, using three pulses per week). After the labeling period the plants were separated in leaves (mature-source leaves and young-drain leaves), branches, bark, stem, and roots, which were then analyzed in an IRMS. The results were expressed in parts per mill (0/00) relative to the Pee-Dee Belemnite standard ([sigma]13CPDB). The [sigma]13CPDB found were: 828.07 0/00 for young leaves, 645.7 0/00 for mature leaves, 672.5 for branches, 691.9 for bark, 632.02 for stem, and 536.6 for roots. The 13C allocation and enrichment pattern among plant parts was homogeneous (statistically equal), although variations in [sigma]13CPDB of 292 % between plant parts were observed. The eucalypt plants maintained a high CO2 absorption, thus photosynthetic rates, even under high CO2 concentrations (180.4 mmol L-1 - 7.934 ppmv) that are well above the normal atmospheric CO2 concentration (8.64 mmol L-1 - 380 ppmv). The recently fixed 13C was proportionally less respired at night in comparison to the 12C.