Hormônios Taiz e Zeiger

Capítulo X\nControle hormonal do desenvolvimento\n10.1 Introdução\nO desenvolvimento das plantas cultivadas é controlado, além dos fatores genéticos e ambientais, por fatores fisiológicos ou hormonais. Durante o ciclo de desenvolvimento das culturas, esses compostos orgânicos influem nos processos fisiológicos, como a germinação de sementes, o crescimento, a floração, a frutificação, a senescência, dentre outros.\nA palavra \"hormônio\" vem do termo grego horman, que significa excitar. Entretanto, à luz dos conhecimentos de hoje, sabe-se que alguns hormônios têm efeitos inibitórios sobre o desenvolvimento vegetal. O primeiro a introduzir o termo \"hormônio\" na fisiologia vegetal foi Fitting (1910, apud TEIXEIRA & MARBACH, 2000), sendo utilizado desde então para definir substâncias orgânicas que ocorrem naturalmente e que têm uma função regulatória nas plantas.\nOs fitormônios são \"componentes orgânicos, não nutrientes ou vitaminas, que, em quantidades extremamente pequenas, promovem, inibem ou modificam qualitativamente processos fisiológicos envolvidos com o desenvolvimento de parte ou da totalidade das plantas\". Alguns hormônios vegetais são produzidos em um tecido e transportados para outro, onde produzem respostas fisiológicas específicas; outros atuam dentro do mesmo tecido onde são produzidos (RAVEN et al., 1996).\nConsiderando o grande número de hormônios naturais existentes já identificados nas mais diferentes espécies vegetais e a produção crescente de novas substâncias sintéticas com a mesma ou semelhante função, Went (1957) denominou os compostos sintéticos de \"reguladores\". Assim, o termo \"hormônios\" é reservado somente para os compostos naturais. O Brasil, assim como diversos países do globo, conseguiu atingir, para determinadas culturas, um elevado grau de tecnificação, resultando em altas produtividades. Essas culturas já não se apresentam limitadas por fatores de ordem nutricional e hídricas, além de estarem protegidas adequadamente com defensivos agrícolas. Nessas condições, a economicidade da utilização de tecnologia avançada tem levado ao emprego, que, se bem utilizados, podem promover aumentos na rentabilidade, em razão do aumento da produtividade ou da melhoria da qualidade do produto colhido.\nAlém dos efeitos conhecidos dos fitormônios sobre mudanças morfológicas nas plantas, os estudos recentes demonstram cada vez com maior clareza um papel muito mais importante desses reguladores no desenvolvimento das culturas. Existem evidências de que todos os hormônios vegetais podem atuar estimulando ou reprimindo genes específicos dentro do núcleo e que muitas respostas observadas devido à ação de hormônios são resultado de tais expressões gênicas diferenciais (RAVEN et al., 1996).\nModernamente, com os novos conhecimentos gerados, pode-se concluir que, de maneira geral, os fatores ambientais influem sobre a concentração hormonal, que, por sua vez, promove ou inibe a expressão genética. Há fortes evidências de que os hormônios vegetais interagem com proteínas vegetais integrantes dos chamados \"receptores\" (TAIZ & ZEIGER, 2004). Na Figura 10.1 procura-se expressar estas inter-relações entre os fatores ambientais, hormonais e genéticos e sua influência no desenvolvimento e rendimento das culturas.\nFigura 10.1. Interdependência dos fatores ambientais, hormonais e genéticos nas transformações metabólicas nas plantas cultivadas.\n10.2 Histórico\nNa segunda metade do século XIX, em 1880, o \"pai\" da fisiologia vegetal, Julius Sachs (1832-1897) (apud TEIXEIRA & MARBACH, 2000), iniciou um estudo sobre fatores que controlam o desenvolvimento das plantas. Sachs propôs que o crescimento e o desenvolvimento das plantas seriam controlados por \"substâncias formadoras de órgãos\", estas de distribuição localizada e ação específica, que também poderiam ser afetadas por condições de meio ambiente. Propôs que \"mensageiros químicos\" seriam responsáveis pela formação e pelo crescimento de diferentes órgãos vegetais, representando uma comunicação intercelular (TAIZ & ZEIGER, 2004).\nO grande cientista da evolução, Charles Darwin, descobriu o primeiro hormônio vegetal ao observar que apenas a parte apical do coleóptilo de Phalaris canariensis (alpiste) era sensível à iluminação unilateral. Darwin concluiu que alguma influência era transferida do ápice para as regiões inferiores do coleóptilo, causando o movimento de curvatura. No ano de 1900, Fritz W. Went (apud TEIXEIRA & MARBACH, 2000) relatava que \"sem substância de crescimento não há crescimento\" (\"Ohne Wuchsstoff kein Wachstum\").\nAs investigações continuaram com o botânico dinamarquês Boysen-Jensen (1913), Paal (1919), Soding (1925) e, finalmente, em 1926, esse estimulante químico foi isolado pelo botânico holandês Fritz W. Went (TEIXEIRA & MARBACH, 2000). Went (1928) desenvolveu um método para quantificação da substância reguladora de crescimento baseado na resposta à curvatura do coleóptilo de aveia em função da concentração da substância na amostra: removia apices de coleóptiles de aveia e os colocava sobre pequenos cubos de ágar. Com esse ensaio, hoje conhecido como avena-teste ou teste de Went, foi possível o isolamento deste hormônio, substância estimuladora de crescimento, em forma cristalina pura, a sua posterior identificação química.\nEsses estudos serviram de fundamento para o desenvolvimento de técnicas de produção de herbicidas hormonais, seletivos, que revolucionaram a agricultura, aumentando a eficiência de controle das plantas daninhas, e assim, promovendo aumentos do rendimento das culturas, bem como a colheita de produtos de melhor qualidade industrial. Até o momento, oito grupos de substâncias são consideradas como hormônios ou reguladores vegetais: 1 - auxinas; 2 - giberelinas; 3 - citocininas; 4 - etileno; 5 - ácido abscísico e outros inibidores; 6 - ácido jasmônico; 7 - ácido salicílico; 8 - retardadores do crescimento.\nDe maneira geral, pode-se concluir que auxinas, giberelinas e citocininas atuam na promoção do crescimento das plantas, enquanto o etileno e o ácido abscísico atuam como inibidores. Mas, segundo Teixeira e Marbach (2000), esta classificação não é inteiramente correta, pois uma determinada substância pode atuar como promotora ou inibidora, dependendo de sua concentração endógena e de outros fatores intrínsecos da planta.\nMais recentemente, foi identificado um outro grupo de substâncias, denominadas \"brassinóides\" ou \"brassinosteróides\", que apresentam funções fisiológicas muito específicas, à semelhança dos reguladores de crescimento. Os brassinosteróides são compostos que, quimicamente, pertencem ao grupo dos esteroides, a exemplo de alguns hormônios animais, que produzem uma ampla gama de efeitos morfológicos no desenvolvimento vegetal (TAIZ & ZEIGER, 2004). 10.3 Auxinas\n\n10.3.1 Generalidades\n\n\"Auxina\" é uma palavra de origem grega (auxein) que significa crescer. Segundo Raven et al. (1996), alguns dos primeiros resultados experimentais publicados sobre substâncias reguladoras do crescimento foram obtidos por Charles Darwin e seu filho Francis, relatados no livro The power of movement in plants, publicado em 1880. Esses testes foram realizados em plântulas de alpispre (Phalaris canariensis) e aveia-branca (Avena sativa L.), observando-se a curvatura em direção à luz (fototropismo). Concluíram que \"alguma influência é transmitida da parte superior da plântula para a parte inferior da plântula, causando o encurvamento dessa última\".\n\nEm 1926 o fisiologista Frits W. Went obteve o isolamento desta \"influência\" a partir da extremidade do coleóptilo de plântulas de aveia. O termo \"auxina\" foi proposto por Kogl e Haagen-Smit (1931, apud TEIXEIRA e MARBACH, 2000). Essa substância foi isolada e identificada no aveia-teste em 1934 por Kogl e seu grupo na Universidade de Utrecht (Alemanha). Thimann (1935, apud TEIXEIRA e MARBACH, 2000) identificou uma molécula com alto poder regulatório, o ácido indol-3-acético (AIA), que, subsequentemente, mostrou ser a substância difusível concentrada por Went em coleóptilos de aveia.\n\nNos anos seguintes, verificou-se que esse hormônio era de ocorrência geral nas plantas e que outros compostos indólicos além do AIA também eram ativos no aveia-teste (indol-3-acetontirila, ácido indol-3-pirúvico, indol-3-acetaldeído, ácido fenilacético, ácido indol-burítico (AIB) e ácido 4-cloro-indolacético). Várias substâncias sintéticas foram desenvolvidas com a função auxínica (Fig. 10.2), como o ANA (ácido naftalenoacético), dicamba (ácido 2 metoxi-3,6-diclorobenzóico), 2,4-D (ácido 2,4-diclorofenoxiacético) e o 2,4,5-T (ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético), quando utilizados em concentrações extremamente pequenas (ppm). Quando em maiores concentrações, constituem o grupo dos herbicidas seletivos hormonais utilizados no controle de plantas daninhas do grupo das magnoliopsidas em poáceas (cereais). \n\nAs auxinas podem ser obtidas de várias maneiras em tecidos vegetais, através da extração, purificação e identificação. O primeiro isolamento foi conseguido colocando-se ápices de coleóptiles sobre blocos de ágar, permitindo, assim, que o hormônio se difundisse do ápice para o ágar.\n\nTodos esses processos de separação distribuem os constituintes do extrato original em diferentes frações, que podem, então, ser testadas por diferentes bioestress para verificação de atividade auxínica. A identificação das substâncias é feita por meio de testes biológicos: teste da curvatura do coleóptile, teste de crescimento linear da coleóptile, teste de curvatura com órgãos fundidos e teste de precíolos de feijão. Figura 10.2. Estrutura das auxinas naturais e sintéticas mais comuns encontradas nas plantas cultivadas (adaptado de LEOPOLD e KRIEDMANN, 1978).\n\n10.3.2 Biossíntese de auxinas\n\nA auxina ocorre principalmente em órgãos que estão em crescimento ativo, tais como o meristema apical, as gemas axilares, as folhas jovens, coleóptiles,sementes em desenvolvimento e meristemas das raízes. Os níveis de AIA nas plantas são controlados por variações nas velocidades de síntese, destruição e inativação. A velocidade de síntese de auxinas varia influenciada por fatores do meio ambiente e pela fisiologia da planta ou do órgão. \n\nEm tecidos clorofilados, a síntese de auxinas é maior à luz do que no escuro. Em plantas temperadas, os níveis de auxina variam com as estações do ano, ocorrendo em maiores concentrações durante a primavera e no verão e menores concentrações durante o outono e o inverno (dormência ou repouso).\n\nO aminoácido triptofano, substância química semelhante ao AIA, foi sugerido por Thimann (1935) como precursor do AIA (TEIXEIRA e MARBACH, 2000; RAVEN et al., 1996). Wildman et al. (1947, apud TEIXEIRA e MARBACH, 2000) encontraram um sistema enzimático capaz de converter triptofano em AIA em folhas de peixes. Várias vias metabólicas são sugeridas para explicar a biossíntese de auxinas nas diferentes espécies vegetais (Fig. 10.3). Atualmente, são conhecidos quatro mecanismos de síntese da auxina, todos a partir do aminoácido triptofano. A principal reação de síntese envolve a desaminação do aminoácido triptofano. Figura 10.3. Algumas vias de síntese de auxinas nas plantas (adaptado de LEOPOLD e KRIEDMANN, 1978). \n\nTabela 10.1. Efeito do fornecimento de Zn-EDTA em um solo calciroso deficiente em Zn, no teor de triptofano de grãos de arroz (adaptado de SINGH, 1981).\n\nSão encontradas nas plantas duas formas de auxinas, a livre e a ligada. As auxinas livres podem ser prontamente difundidas no tecido, serem extraídas facilmente com solventes apropriados e serem imediatamente utilizadas nos processos fisiológicos das plantas, como o indol-3-acetaldeído, indol-3-acetonitrila, indol-3-etanol ou ácido indol-3-piruvico (TEIXEIRA e MARBACH, 2000). Já as auxinas ligadas não estão prontamente utilizáveis pelo tecido vegetal e requerem uma reação de hidrólise para serem convertidas em substâncias ativas, servindo como reserva (glicosídeos) ou formas de desintoxicação (complexo de aminoácidos ou proteínas). São exemplos de auxinas ligadas aos AIA. glicosídios, abundantes em sementes e inativos até que o AIA seja naturalmente liberado por enzimas específicas (Zenk, 1961, apud TEIXEIRA e MARBACH, 2000). As formas ligadas a desintoxicação, aquelas ligadas a proteínas, só podem ser liberadas pelo ataque de ácidos ou bases (Andrease & Good, 1957, apud TEIXEIRA e MARBACH, 2000).\n\nAlém dos processos de oxidação, através da enzima AIA-oxidase, descoberta por Tang e Bonner (1947, apud TEIXEIRA e MARBACH, 2000), o AIA pode ligar-se a outras moléculas na planta, produzindo conjugados que podem reter ou perder a atividade auxínica. Assim, podem ser formados peptídeos inativos, como AIA-aspartato e AIA-glutamato, ou ésteres ativos, como o AIA-glicosi\néster ou indol-3-acetilmesoinoitol, dentre outras substâncias (Fig. 10.4).\n\nFigura 10.4. Algumas vias de inativação enzimática das auxinas nas plantas (adaptado de LEOPOLD e KRIEDMANN, 1978).\nPara Hinojosa (2000), existem também vários outros derivados do AIA, com fraca ou nenhuma atividade auxínica, conforme pode ser observado na Figura 10.5.\n\nFigura 10.5. Derivados do ácido-indol-acético (AIA) com fraca ou nenhuma atividade hormonal (adaptado de HINOJOSA, 2000). A ação hormonal das auxinas também pode ser inibida por cofatores (ex. ácido p-cumárico) e inibidores específicos (ex. ácido cafeico), que são inibidores naturais de AIA-oxidase. Na Figura 10.6 podem ser observados os diversos cofatores e inibidores da auxina natural encontrados nos diferentes cultivares.\n\n10.3.3 Transporte de auxinas\nO movimento das auxinas, tanto em sistemas caulinares como em raízes, é lento (RAVEN et al., 1996). Went (1928) começou os primeiros estudos sobre translocação de auxina criando o termo “transporte polar”. Recentemente, os estudos mostraram que o conceito de polaridade da auxina é um fenômeno relativo ou quantitativo. Assim, certos órgãos, quando jovens, apresentam movimento de estreitamento básico, isto é, transporte da parte apical para a basal, mas, com o envelhecimento, ocorre um progressivo aumento do movimento acrópeto da base para o ápice. Por meio de medidas de translocação, verificou-se que a auxina move-se basicamente em órgãos aéreos na velocidade de cerca de 5-15 mm/h.\n\nHoje, acredita-se que existe também um movimento polar acrópeto de auxinas, da base para o ápice, embora em menor intensidade. Jacobs (1961, apud TEIXEIRA e MARBACH, 2000) observou que a taxa de movimento basipeto para acrópeto era de 3 para 1. nas inibidores de respiração, por outras substâncias. As antiauxinas são substâncias químicas semelhantes às auxinas, que não têm, ou têm apenas pequena atividade auxínica e mostram um antagonismo competitivo com a ação das auxinas. O ácido tri-iodo-benzóico (TIBA) bloqueia o transporte basipeto da auxina em diferentes órgãos de várias espécies.\n\nEm contraste com o movimento de açúcares e outros solutos, a auxina não é transportada através dos vasos do xilema e floema, e sim, através das células do parênquima que circundam o tecido vascular (RAVEN et al., 1996). Segundo os autores, embora se acredite que as auxinas se movem por simples difusão dentro das células, o mecanismo de seu transporte é ativo, requerendo energia metabólica para sua realização.\n\n10.3.4 Funções fisiológicas e uso na agricultura\nAs auxinas sintetizadas são translocadas para diferentes órgãos, onde atuam no mecanismo interno que controla o crescimento, como crescimento do caule, folhas e da raiz, iniciação de atividade cambial em plantas lenhosas, floração, frutificação, germinação de sementes, dormência apical, dentre outras funções.\n\na) Crescimento do caule\nO crescimento do caule em extensão é dado principalmente pelo alongamento das células, não pelo número de células. As auxinas participam no controle desse crescimento, pois altos níveis de auxinas são encontrados principalmente nas regiões em que ocorre esse crescimento. 342\n\nc) Crescimento da raiz\nAs raízes são extremamente sensíveis às auxinas, e o mecanismo interno que controla o crescimento é pouco conhecido. Sabe-se que, quando se aplica auxina a órgãos isolados, ocorre um aumento de resposta paralelo ao aumento da concentração até certo máximo, após o qual ocorre um efeito inibitório (RAVEN et al., 1996). Concentrações muito baixas, ineficazes em gemas ou caules, já apresentam efeito inibitório nas raízes (Fig. 10.7)\n\nFigura 10.7. Relação entre a concentração de ácido indolacético e seu efeito estimulante ou inibitório no desenvolvimento de caules, folhas e raízes (adaptado de Leopold e Thimann, 1949, apud MEYER et al., 1973).\n\nNo entanto, as auxinas têm um efeito pronunciado sobre a indução ao enraizamento de estacas (formação de raízes adventícias), prática muito utilizada na fruticultura e floricultura. Contudo, a mesma concentração de auxinas que promove a indução ao enraizamento inibe o crescimento das raízes.\n\nFernandes et al. (1977) estudaram o efeito da aplicação de um fitormônio (exuberone) em oito concentrações, em quatro épocas de estaqueamento de azaleia (Rhodo dendron simsii Planch). Os efeitos do exuberone variaram tanto entre épocas como dentro de uma mesma época, sendo menos favorável a época de fins de inverno.\n\nEstudando a influência da posição da estaca no ramo (apical, mediana e basal) e dos ácidos naftalenoacético (ANA) e indolbutírico (IBA) sobre o enraizamento e o desenvolvimento da parte aérea de estacas de figueira, Albuquerque e Albuquerque (1981) observaram que as mudas mais vigorosas originaram-se das estacas de base dos ramos; todos os tratamentos com auxinas proporcionaram um melhor enraizamento, a combinação 250 ppm IBA + 250 ppm ANA mais eficiente na formação de raízes, acarretando também um aumento de peso da parte aérea.\n\nd) Iniciação de atividade cambial em plantas lenhosas\nA auxina fornecida pelas gemas em desenvolvimento estimula a atividade cambial em plantas lenhosas. A remoção das gemas paralisa a divisão celular no câmbio e a aplicação de auxina na parte superior de ramos sem gemas resulta na ativação basifeta.\n\nPortanto, o crescimento em diâmetro do caule é dependente de auxinas (RAVEN et al., 1996). Por essa razão, o crescimento das gemas na primavera promove 343\na translocação de auxinas na direção descendente do caule, estimulando a divisão das células cambiais e formando, assim, o tecido vascular secundário.\n\ne) Dominância apical\nA dominância apical caracteriza-se pela inibição do crescimento das gemas (meristemias laterais), sendo o crescimento observado apenas através da gema apical. Quando se corta o ápice da planta, observa-se o crescimento dos ramos laterais, técnica utilizada na poda para promover o crescimento de novos ramos.\n\nEsta dominância é determinada pela quantidade e pelo balanço de vários hormônios, bem como pelo estado nutricional dos tecidos. Atualmente, para explicar a dominância apical, acredita-se no conceito de mobilização ou translocação dirigida como controle do crescimento das gemas laterais. Aplicada a caules decapitados, a auxina aumenta a mobilização de nutrientes para a região decapitada; esta a outros hormônios do ápice possivelmente causam uma translocação de nutrientes para essa região em detrimento das gemas laterais, que ficam Carentes de substrato.\n\nf) Sexualidade e desenvolvimento da flor\na auxina está também ligada diretamente a sexualidade e ao desenvolvimento da flor; em muitas espécies, estimula a formação de flores femininas, como em algumas cucurbitáceas.\n\nA remoção do ovário durante o crescimento gera um fenômenoerva a abscisão da flor, que em muitos casos é retardada com aplicação de auxina na flor. 344\ng) Crescimento dos frutos\nAs auxinas promovem o crescimento de frutos de muitas espécies vegetais. O estímulo da auxina no estabelecimento de frutos não provém somente do pólen, mas também do próprio ovário, visto que a polinização estimula a formação de auxina pelo ovário.\n\nNormalmente, quando as flores não são polinizadas e a fertilização não ocorre, o fruto não se desenvolve (RAVEN et al., 1996). Segundo os autores, em algumas plantas a fertilização do óvulo é suficiente para o desenvolvimento normal do fruto, mas em outras, como a maçã e o melão, que apresentam muitas sementes, várias delas devem ser fertilizadas para que a parede do ovário mature e se torne suculenta. Essa é a razão da necessidade de abelhas nos pomares para o aumento da frutificação e/ou a melhoria da qualidade dos frutos produzidos. Sementes em desenvolvimento são uma fonte de auxinas, que promovem a elongação das células do ovário. Isso pode ser facilmente comprovado em frutos de morango (Fragaria ananassa), pois, removendo-se todas as sementes (aquênios), o receptáculo floral interrompe o crescimento e seu crescimento.\n\nCondições de baixas temperaturas, altas intensidades luminosas e grande duração do dia são fatores do meio ambiente que estão associados ao desenvolvimento de frutos partenocárpicos (do grego parthenos, que significa virgem ou casta).\n\nauxina, como outros reguladores de crescimento, está envolvida na partenocarpia, especialmente em frutos tipo baga. A aplicação de auxinas na parte feminina da flor (carpelos) de algumas espécies, como tomates, pepinos e berinjelas, possibilita a formação de frutos sem sementes. O efeito da aplicação artificial de auxinas e giberelinas sobre o número de frutos e peso dos frutos de berinjela pode ser observado na Tabela 10.2.\n\nTabela 10.2. Efeito do 2,4-D (auxina sintética) sobre o número e peso de frutos de berinjela (adaptado de Nothman, 1983).\n\nCultivares\tTratamento\tNº de frutos\tPeso/fruto (g)\nBlack oval\tTestemunha\t21\t39\nPusa purple long\t7\t5\nPusa purple cluster\t27\t44\nTestemunha\t19\t47\n\nEm tomateiros, o diâmetro o peso dos frutos também são dependentes das auxinas, cujo efeito é significativamente superior à aplicação de giberelinas e também em relação a testemunhas (Tabela 10.3). Verifica-se que a aplicação de auxinas promove um aumento de 24,7% no diâmetro e de 103% no peso médio dos frutos.\n\nCastro e Malvolta (1976) verificaram que a pulverização de tomateiro com 100 ppm de ácido-3-indolacético (AIA) apresentou baixa incidência de podridão estilar.\n\nTabela 10.3. Influência de fitoreguladores no diâmetro e peso de tomates (adaptado de Monteiro, 1983).\n\nTratamento\tDiâmetro (mm)\tPeso médio (g/fruto)\nTestemunha\t68,1\t160\nGiberelinas\t70,0\t168\nAuxinas\t84,9\t325\n\nTrabalho relatado por Abad e Guardiola (1983), testando diversos reguladores vegetais no tomateiro, observou-se um efeito positivo no rendimento de frutos por planta e no peso de frutos, tanto na colheita precoce quanto no rendimento final (Tabela 10.4).