Respostas fisiológicas e metabólicas da aplicação foliar de nanomolécula de carbono em baixas concentrações em plantas jovens de Hevea brasiliensis

Abstract

Carbon dots (CDs) são uma classe de nanopartículas cujo tamanho varia de 1 a 100 nm. Sintetizados a partir de fontes ricas em carbono, os CDs são potencialmente estimulantes da fotossíntese, atuando fisicamente como capturador de energia luminosa e potencializando a etapa fotoquímica. Bioquimicamente, CDs estão associados à transcrição gênica, aumento da atividade enzimática e controle do acúmulo de espécies reativas de oxigênio. Devido ao efeito bioestimulante, o uso de CDs é de grande interesse ao nível de produtividade de culturas anuais. De forma similar, espera-se que espécies perenes também se beneficiem do uso de CDs para aumentar a taxa de sucesso no estabelecimento de mudas no campo assim como a produção de frutos e sementes. Entre as espécies perenes de importância comercial, a seringueira (Hevea brasiliensis) é a terceira espécie arbórea mais cultivada no Brasil e se destaca pela alta exsudação e qualidade do látex, matéria prima para produção de borracha natural (BN). Entretanto, o conhecimento da fisiologia de seringueiras é escasso, corroborando com pequenos avanços no melhoramento genético da espécie. Nesse sentido, novas práticas culturais surgem como alternativas para aumentar o sucesso da implantação e a produtividade de seringais. Assim, o objetivo deste projeto foi investigar alterações fisiológicas em plantas jovens de seringueira (H. brasiliensis clone RRIM 600) decorrentes da aplicação de diferentes doses de nanopartículas de carbono (Arbolina). Foram utilizadas diferentes doses de Arbolina (0, 1, 5 e 10 mg ml-1), aplicadas mensalmente em plantas jovens de seringueira durante 240 dias. Ao longo do período foram avaliados parâmetros associados ao crescimento e fotossíntese, enquanto análises bioquímicas foram realizadas ao final do período experimental. Os resultados obtidos sugerem que a aplicação mensal de Arbolina, nas diferentes doses testadas ao longo de 240 dias, não promoveram alteração significativa do crescimento das plantas. Entretanto, verificou-se que a presença de Arbolina alterou Fv’/Fm’, sem alterações nesse mesmo parâmetro em folhas adaptadas ao escuro. Com base nas doses testadas, o ajuste quadrático sugere que plantas submetidas à dose de 5 mg ml-1 tiveram maior condutância estomática (gs), respiração noturna (Rd) e eficiência do uso da água (EUA). A nível de metabolismo primário, foi verificado aumento da quantidade de aminoácidos livres totais em folhas para a concentração de 5 mg ml-1. Em relação às proteínas solúveis totais, observou-se redução na quantidade nas plantas tratadas com Arbolina, semelhante ao visualizado para a frutose para a mesma concentração. Quanto à sacarose, apenas as variações temporais foram significativas. Adicionalmente, verificou-se que folhas de plantas submetidas aos tratamentos de 1 e 5 mg ml-1 de Arbolina promoveram maior acúmulo de amido em relação as demais concentrações testadas. Em conjunto, os resultados obtidos reforçam a necessidade de aprofundar o conhecimento sobre o uso da Arbolina em seringueiras, tanto no que se refere à otimização das doses quanto à definição dos melhores métodos e momentos de aplicação. A continuidade desses estudos é fundamental para assegurar que a nanopartícula possa ser utilizada de forma eficaz e sustentável em práticas agrícolas, contribuindo para o desenvolvimento de seringais mais produtivos e resilientes. Palavras-chave: Seringueira; Fisiologia de arbóreas; Nanopartículas de carbono.Carbon dots (CDs) are a class of nanoparticles whose size ranges from 1 to 100 nm. Synthesized from carbon-rich sources, CDs are potential stimulants of photosynthesis, acting physically as a light energy capturer and enhancing the photochemical stage. Biochemically, CDs are associated with gene transcription, increased enzymatic activity, and control of the accumulation of reactive oxygen species. Due to their biostimulant effect, the use of CDs is of great interest in the productivity of annual crops. Similarly, perennial species are also expected to benefit from the use of CDs to increase the success rate of seedling establishment in the field as well as the production of fruits and seeds. Among the perennial species of commercial importance, the rubber tree (Hevea brasiliensis) is the third most cultivated tree species in Brazil and stands out for its high exudation and quality of latex, a raw material for the production of natural rubber (NR). However, knowledge of the physiology of rubber trees is scarce, corroborating with small advances in the genetic improvement of the species. In this sense, new cultural practices emerge as alternatives to increase the success of the implementation and productivity of rubber plantations. Thus, the objective of this project was to investigate physiological changes in young rubber tree plants (H. brasiliensis clone RRIM 600) resulting from the application of different doses of carbon nanoparticle (Arbolin). Various doses of Arbolin (0, 1, 5, and 10 mg ml-1) were used and applied monthly to young rubber tree plants for 240 days. Throughout the period, parameters associated with growth and photosynthesis were evaluated, while biochemical analyses were performed at the end of the experimental period. The results suggest that the monthly application of Arbolin, at the different doses tested over 240 days, did not promote significant changes in plant growth. However, it was found that the presence of Arbolin altered Fv’/Fm’, without changes in this same parameter in leaves adapted to the dark. Based on the doses tested, the quadratic fit suggests that plants subjected to the dose of 5 mg ml-1 had greater stomatal conductance (gs), nocturnal respiration (Rd), and water use efficiency (WUE). At the level of primary metabolism, an increase in the amount of total free amino acids in leaves was observed for the concentration of 5 mg ml-1. Regarding total soluble proteins, a reduction in the amount was observed in plants treated with Arbolin, similar to that observed for fructose for the same concentration. As for sucrose, only the temporal variations were significant. Additionally, it was found that leaves of plants subjected to treatments of 1 and 5 mg ml-1 of Arbolin promoted greater accumulation of starch about the other concentrations tested. Taken together, the results obtained reinforce the need to deepen knowledge about the use of Arbolin in rubber trees, both in terms of optimizing doses and defining the best methods and times of application. The continuity of these studies is essential to ensure that the nanoparticle can be used effectively and sustainably in agricultural practices, contributing to developing more productive and resilient rubber plantations. Keywords: Rubber tree; Tree physiology; Carbon nanoparticles.