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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Mineral nutrition in two biodiversity hotspots = campos rupestres and kwongan = Nutrição mineral em dois hotspots de biodiversidade: campos rupestres e kwongan
Title Alternative: Nutrição mineral em dois hotspots de biodiversidade : campos rupestres e kwongan
Author: Abrahão, Anna, 1988-
Advisor: Oliveira, Rafael Silva, 1974-
Abstract: Resumo: A distribuição de espécies ao longo de gradientes de disponibilidade de recursos depende da sua capacidade de obter e utilizar esses recursos de forma a sobreviver e se reproduzir em cada ambiente. Os nutrientes disponíveis no solo estão entre os recursos mais importantes na seleção das espécies capazes de se estabelecer em cada ambiente, e as estratégias de aquisição de nutrientes variam de acordo com sua disponibilidade. Em solos empobrecidos em fósforo (P), exsudatos radiculares do tipo carboxilatos são mais eficientes do que as micorrizas para a obtenção desse nutriente, enquanto que em disponibilidades intermediárias de P; as micorrizas têm um papel importante na aquisição de P. A fixação simbiótica de nitrogênio (N) representa um alto custo de P e é esperada quando o N é limitante para o crescimento. Cada estratégia representa custos importantes de carbono (C), criando uma demanda conflitante na alocação de C para a aquisição de P e N que varia de acordo com a disponibilidade desses nutrientes. Os carboxilatos mobilizam Mn do solo, que por sua vez se acumula nas folhas, enquanto que as micorrizas interceptam o Mn. Dessa forma, a abundância relativa das diferentes estratégias de aquisição de nutrientes pode ser avaliada por meio da concentração foliar de manganês (Mn). Uma vez absorvidos do solo, os nutrientes podem ser alocados para aumentar a eficiência fotossintética e remobilizados de tecidos senescentes. Nessa tese, eu investiguei as mudanças na aquisição e no uso de nutrientes ao longo de gradientes de fertilidade em solos muito antigos e inférteis nos campos rupestres no Brasil e no kwongan do sudoeste da Austrália. Um terço dos hotspots de biodiversidade ocorre em solos muito antigos e empobrecidos em P. Entender como plantas que ocorrem nesses ambientes adquirem e usam nutrientes é um passo importante para explicar os processos que geram e mantém essa alta biodiversidade em diferentes escalas. No primeiro estudo, investiguei as estratégias de aquisição e uso de nutrientes ao longo de um gradiente de formação de solos, que também representa um gradiente de disponibilidade de fósforo. Eu hipotetizei que haveria uma maior proporção de espécies com micorrizas nos solos menos pobres em P e N nos campos rupestres, enquanto que nos solos mais pobres em P e N haveria uma maior proporção de espécies sem micorrizas, e com raízes nas quais a areia adere fortemente (raízes com bainha de areia). Eu também esperava que essas raízes liberassem altas taxas de carboxilatos para mobilizar P e que as espécies com essas raízes possuíssem alta [Mn] foliar. Finalmente, eu esperava que as espécies dos solos mais inférteis apresentassem maior eficiência fotossintética no uso de P e N (PPUE e PNUE, respectivamente). Eu observei uma clara diminuição no predomínio das espécies com micorrizas, e um aumento da abundância de espécies com bainhas de areia nas raízes nos solos mais pobres em nutrientes. O [Mn] foliar foi alto independentemente da presença das bainhas de areia nas raízes, indicando que as bainhas não são essenciais para a liberação de carboxilatos. Eu observei valores semelhantes de PPUE e PNUE entre espécies dos diferentes solos do gradiente. Finalmente, a eficiência de remobilização de P foi muito alta em espécies ao longo de todo gradiente, enquanto que a remobilização de N foi moderada, o que reflete a maior limitação por P do que por N para o crescimento nesses ambientes. No segundo estudo, investiguei as mudanças na aquisição e no uso de nutrientes em duas espécies de leguminosas ao longo de cronosequências de solo no kwongan, sudoeste da Austrália, e em casa de vegetação com diferentes suprimentos de P e N. Eu esperava que a proporção da raiz colonizada por fungos micorrízicos diminuísse com o aumento do suprimento de P, aumentando o [Mn] foliar, e que com a diminuição do suprimento de N, as plantas aumentariam a formação de nódulos, dado que P suficiente fosse suprido. Ao invés de investir em micorrizas e exsudação de carboxilatos quando submetidas a baixos suprimentos de P, as duas espécies investiram em alocação diferencial de biomassa para as raízes quando cultivadas na casa de vegetação. As duas espécies aumentaram a nodulação quando submetidas a baixos suprimentos de N. O suprimento adicional de P estimulou o crescimento das plantas, indicando limitação por P para o crescimento, mas não por N por causa da fixação simbiótica. Em suma, a forte associação entre os atributos do solo e da vegetação que levaram à alta substituição de espécies na escala de comunidade e à plasticidade fenotípica intraespecífica na aquisição e no uso de nutrientes pode ajudar a explicar como os mecanismos subjacentes à distribuição de espécies operam em diferentes escalas

Abstract: Species distribution along gradients of resource availability depends on their capacity to acquire and use these resources to survive and reproduce in each environment. Soil nutrients are among the most important drivers of the selection of species capable of establishing in each environment, and nutrient-acquisition strategies vary according to their availability. In phosphorus- (P) impoverished soils, carboxylates are more efficient than mycorrhizas for P acquisition, while at intermediate P availability mycorrhizas play an important role. Symbiotic nitrogen (N) fixation has high P costs and is expected to occur when growth is N-limited. Each strategy represents a significant carbon (C) cost and creates a trade-off in C allocation for P and N acquisition which can change according to nutrient availability. The prevalence of the different P-acquisition strategies can be assessed through leaf [Mn], because carboxylates also mobilise soil Mn, which then accumulates in leaves, while mycorrhizas intercept Mn. Once taken up, nutrients can be allocated to increase photosynthetic nutrient-use efficiency and be remobilised from senescing tissues. In this thesis, I studied the shifts in nutrient-acquisition and -use strategies along fertility gradients in the nutrient-impoverished Brazilian campos rupestres and in the south-western Australian kwongan. One third of the biodiversity hotspots occur in old and P-impoverished soils. Understanding how species in these environments acquire and use nutrients is an important step to unveil the mechanisms that generate and maintain species diversity in different scales. In the first study I investigated nutrient-acquisition and ¿use strategies of species occurring along a gradient of soil development that also represents a gradient of P availability. I hypothesised that the less P- and N-impoverished soils in campos rupestres would have a greater proportion of mycorrhizal species and that in the most impoverished soils a greater proportion of species would be non-mycorrhizal, with sand-binding roots (rhizosheaths). I also expected these specialisations to be associated with rapid rates of exudation of carboxylates and high leaf [Mn]. Finally, I expected the species from the most impoverished soils to exhibit greater photosynthetic P- and N-use efficiency (PPUE and PNUE) and greater P- and N-remobilisation efficiency. I observed a clear decrease in the prevalence of mycorrhizal species, and an increase in the abundance of species with rhizosheaths in the most impoverished soils. Leaf [Mn] was high, regardless of the presence of rhizosheaths, indicating rhizosheaths are not essential for carboxylate release. We observed similar PPUE and PNUE in species growing in the different soils and with different nutrient-acquisition strategies. Finally, P-remobilisation efficiency was very high in plants growing on all soil types, and N-remobilisation efficiency was only moderate, reflecting the greater P- than N-limitation for growth in these habitats. In the second study, I investigated shifts in nutrient-acquisition and ¿use strategies within two legume species along a soil chronosequence in the south-western Australian kwongan and grown in a glasshouse at varying P and N supply. I expected the proportion of the root length colonised by mycorrhizal fungi to decrease with increasing P supply, the amounts of rhizosphere carboxylates to increase at the lowest P supply, and leaf [Mn] and nodule formation to increase at low N supply, as long as enough P was available. Rather than investing in mycorrhizas or carboxylate exudation, the two species invested in differential biomass allocation to the roots at low-P when grown in the glasshouse. The two species increased nodulation at low N supply. Additional P supply stimulated plant growth, indicating growth was P limited, but they were not N-limited due to N-fixation. Overall, the strong association I observed between plant and soil traits that led to variation in species abundance among plant communities and to the phenotypic plasticity in nutrient-acquisition and -use strategies within species may help explain how mechanisms underlying plant species distribution operate at different scales
Subject: Plantas - Nutrição
Solos
Micorriza
Nódulos radiculares de plantas
Raízes (Botânica)
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: ABRAHÃO, Anna. Mineral nutrition in two biodiversity hotspots: campos rupestres and kwongan = Nutrição mineral em dois hotspots de biodiversidade: campos rupestres e kwongan. 2017. 1 recurso online (163 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia e The University of Western Australia, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/331579>. Acesso em: 3 set. 2018.
Date Issue: 2017
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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