Physiology and metabolic profile of Moringa olifera and Eucalyptus globulus plants subjected to climate changes

Abstract

As alterações climáticas emergentes têm um grande impacto no crescimento e desenvolvimento de espécies florestais, nomeadamente em espécies de valor industrial e medicinal, como é o caso do eucalipto (Eucalyptus globulus) e da moringa (Moringa oleifera). Assim, é urgente conhecer as respostas fisiológicas e entender as variações que ocorrem nos perfis metabólicos de espécies vegetais. Neste trabalho, plantas jovens de Eucalyptus globulus foram expostas a radiação UVB (12kJ/m2) e foram avaliadas as respostas fisiológicas e o perfil metabólico, um e onze dias após a aplicação da radiação. A dose de UVB usada não afetou as reações fotoquímicas nem as trocas gasosas, contudo ao nível do metabolismo do carbono (AST e amido) e do conteúdo de pigmentos verificaram-se pequenas alterações (AST e pigmentos). Através da análise do perfil metabólico de E. globulus foram encontrados compostos voláteis e semi-voláteis pertencentes às famílias dos terpenos, sesquiterpenos e aldeídos. Em geral, os sesquiterpenos e os álcoois monoterpénicos apresentaram uma tendência para manter e, em alguns casos, diminuir com o stress, enquanto que o grupos dos aldeídos aumentou e os monoterpenos apresentaram um comportamento mais heterogéneo. O E. globulus mostrou ser uma espécie tolerante à aplicação da dose de UVB usada neste trabalho. Por outro lado, plantas jovens de M. oleifera foram expostas a défice hídrico (DH). Um grupo de plantas foi recolhido um dia após o final da exposição e o outro grupo após onze dias do final da exposição. Foi avaliado o perfil metabólico desta espécie através de GC/MS. Os dados cromatográficos indicaram que em condições de stress (DH(1) e DH(11)), as quantidades de compostos associados a vias primárias e secundárias de defesa (como os alcanos, álcoois, ácidos carboxílicos, esteróis, aminoácidos e açucares) sofreram algumas alterações. As plantas analisadas 11 dias após a remoção do stress mostraram maiores variações do perfil de metabolitos. No entanto, tanto um como onze dias após a remoção do stress, as plantas apresentaram a formação de novos rebentos. Apesar do perfil de metabolitos ter sofrido algumas alterações, por não se registarem casos de morte, conclui-se que as plantas de moringa mostraram ser tolerantes aos tratamentos aplicados.

The emerging climate change scenarios have a major impact on growth and development of forest species, including those with industrial and medicinal value, such as eucalyptus (Eucalyptus globulus) and drumstick (Moringa oleifera). Thus, it is urgent to know the physiological responses and understand the changes that occur in metabolic profiles of the most affected species. Young plants of E. globulus were exposed to UVB radiation. The physiological and metabolic responses were evaluated 1 day and 11 days after the end of the stress application. The UVB dose (12kJ/m2) used did not affect nor the photochemical reactions nor the gas exchange, but the carbon metabolism (TSS and starch), and pigment content showed small changes that remained until 11 days after the end of stress exposure (TSS and pigments). Through the metabolic profile analysis of E. globulus were found volatile and semi-volatile compounds belonging to the families of terpenes, sesquiterpenes, alcohols and aldehydes. In general, monoterpene alcohols and sesquiterpenes were tend to maintain and, in some cases, to reduce under stress conditions, while monoterpene and aldehydes increased and showed a more heterogeneous behaviour. The E. globulus showed some tolerance to the UVB dose tested in this study. By the other hand, young plants of M. oleifera were exposed to other stress, water deficit (DH). One group of plants was collected one day after the end of stress exposure and the other group eleven days after of the end of exposure. The metabolic profile was evaluated by GC/MS. In stress conditions (DH (1) and DH (11)), the chromatographic data indicate that the amounts of compounds associated with primary and secondary defense pathways (like alkanes, alcohols, carboxylic acids, sterols, aminoacids and sugars) have been changed. Eleven days after the end of the stress, the plants showed higher variations of the metabolic profile. However, either one or eleven days after the removal of stress, plants showed new shoots. Despite the metabolic profile have changed and considering that DH did not induced plant death, it is concluded that M. oleifera plants have tolerance to the treatment applied.