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. Quando não existe essa possibilidade, 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 magnitude e a homogeneidade do enriquecimento em ^13C em diferentes componentes da planta de eucalipto. No processo de marcação, três plantas de eucalipto, com 4 meses de idade, cultivadas em solução nutritiva foram expostas a uma atmosfera enriquecida com ^13CO2, em uma câmara de vidro (448 dm^3), com temperatura em torno de 24 ºC. A concentração de CO2 e a razão ^13C/^12C foram monitoradas 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 em IRMS. O resultado foi expresso em partes por mil (‰) em relação ao padrão internacional de C denominado Pee-Dee Belemnite (PDB), obtendo-se a δ^13CPDB delas: folha-fonte (828,07 ‰), folha-dreno (645,72 ‰), galho (672,49 ‰), casca (691,86 ‰), lenho (632,02 ‰) e raiz (536,55 ‰). O padrão de alocação e enriquecimento de ^13C entre os componentes das plantas foi homogêneo, embora com diferenças numéricas da ordem de 291 ‰ na δ^13CPDB. As plantas de eucalipto mantiveram alta taxa de absorção de CO2 e, consequentemente, alta taxa fotossintética em concentrações de CO2 muito acima (180,4 mmol L^-1 - 7.934 ppmv) da encontrada 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. O grau de enriquecimento com ^13C obtido indica que a técnica empregada permite o enriquecimento suficiente do material para traçar o C em estudos de decomposição e estabilização de litter de eucalipto em frações da MOS.

In the last decades the use of stable isotopes has gained importance in several research areas, e.g., for metabolic flux and pathway analysis and studies on effects of biotic and abiotic plant stresses and on soil organic matter (SOM). Studies on the alterations and dynamics of SOM based on the variation in natural ^13C abundance require variations in the C isotopic composition, which are not always observed. One alternative is to label the plant material with ^13C by ^13CO2 fixation, so that the C isotope ratio is different from that of native SOM. The objective of this study was to investigate the magnitude and homogeneity of ^13C labeling in the different plant parts of eucalypts. Three 4-month-old eucalypt plants grown in nutrient solution were labeled, using a pulse technique. Plants were exposed to a ^13CO2 enriched atmosphere in a 448 dm^3 glass chamber, at around 24 ºC. The CO2 concentration and the ^13C/^12C ratio were monitored by gas sample analysis in an isotope ratio mass spectrometer (IRMS) during the pulse-labeling period (126 days, three ^13CO2 pulses per week). After the labeling period the plants were separated in leaves (leaf-source and leaf-sink), branches, bark, stem, and roots and analyzed in an IRMS. The results were expressed in parts per one thousand (‰) relative to the Pee-Dee Belemnite standard (δ^13CPDB). The δ^13CPDB were: 828.07 ‰ for young leaves, 645.7 ‰ 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 δ^13CPDB of 291 ‰ between plant parts were observed. The eucalypt plants maintained a high CO2 absorption, and consequently photosynthetic rates well above the normal atmospheric CO2 concentration (8.64 mmol L-^1 - 380 ppmv), even at high CO2 concentrations (180.4 mmol L^-1 - 7.934 ppmv). The ^13C fixed during the day was proportionally less respired at night in comparison to ^12C. The degree of ^13C enrichment obtained indicates that the technique allows a sufficient plant enrichment to trace C in studies of litter decomposition and eucalypt litter stabilization in SOM fractions.