Costus arabicus L. é uma espécie herbácea, nativa de mata, que acumula em seu rizoma amido como principal carboidrato de reserva. A seca é um dos fatores ambientais que pode regular o crescimento e o desenvolvimento das plantas, levando a alterações nas características fisiológicas, bioquímicas e anatômicas. Este trabalho objetivou avaliar a influência do déficit hídrico na anatomia, no conteúdo de carboidratos e na ultra-estrutura dos grãos de amido do rizoma de Costus arabicus L. submetidos aos ciclos de rega diário (Controle) e a cada sete (7d) e 15 dias (15d). Foram avaliados aspectos anatômicos e ultra-estruturais do rizoma, conteúdo relativo de água nas folhas (CRA), potencial hídrico foliar (Ψw), potencial osmótico do rizoma (Ψs), açúcares solúveis totais (AST) e redutores (AR) e amido do rizoma. Observaram-se reduções significativas do Ψw e do Ψs nas plantas 15d, porém com pequenas variações no CRA. Análises anatômicas mostraram que o rizoma é revestido pela epiderme ou súber estratificado e apresenta delimitação entre as regiões cortical e vascular que possuem numerosos grãos de amido e idioblastos com conteúdo fenólico. Alterações na anatomia dos rizomas foram observadas somente nas plantas irrigadas a cada 15 dias, em que as células do tecido de revestimento e das camadas corticais mais externas tornaram-se mais achatadas e com paredes sinuosas, porém, sem diferenças ultra-estruturais dos grãos de amido. O déficit hídrico imposto foi suficiente para gerar mudanças fisiológicas, bioquímicas e anatômicas nas plantas de Costus arabicus L. Essas alterações sugerem a ocorrência de um mecanismo de evitação à seca e demonstram que as alterações anatômicas foram dependentes da intensidade e duração do déficit hídrico.

Costus arabicus L. is an herbaceous species, native to the forest that accumulates starch in the rhizome as the main reserve carbohydrate. Water stress is one the most important environmental factor that regulates plant growth and development, leading to changes in physiological, biochemical and anatomical traits. The aim of this study was to evaluate the effect of water deficit on the anatomy, carbohydrate concentration and ultrastructure of starch grains of the rhizome of Costus arabicus L. through the following water regimes: plants irrigated daily and every seven (7d) and 15 days (15d). Anatomical and ultrastructural traits of the rhizome, relative water content in leaves (RWC), leaf water potential (Ψw), osmotic potential of the rhizome (Ψo), total soluble sugars (TSS), reducing sugars (RS) and starch of the rhizome were evaluated. We observed significant reductions in Ψw and Ψs in 15d plants, but with small variations in the RWC. The anatomical analysis showed that the rhizome is covered by epidermis or stratified cork and there is a delimitation between the cortical and vascular regions. We detected the presence of numerous starch grains and idioblasts with phenolic contents in the parenchyma of the two regions. Changes in the anatomy of the rhizomes were only observed in plants irrigated every 15 days, in which cells of covering tissue and the outer cortical layers became more flattened and sinuous walls; however, no ultrastructural differences were observed on the starch grains. The water deficit imposed was sufficient to generate physiological, biochemical and anatomical changes in plants of C. arabicus L. Such alterations suggest the occurence of an avoidance mechanism and that anatomical changes were dependent of the intensity and duration of water deficit.

Smallanthus sonchifolius, Asteraceae originária dos Andes, possui rizóforos e raízes tuberosas que armazenam frutanos do tipo inulina. Explantes de raízes tuberosas dão origem a calos de linhagem amarela que, espontaneamente, originaram a linhagem vermelha. O conteúdo de frutanos foi semelhante nas duas linhagens, enquanto a atividade de síntese foi mais elevada na linhagem vermelha e a de hidrólise foi mais elevada na amarela. Análises por HPAEC/PAD demonstraram a presença, em ambos os calos, de frutooligossacarídeos com grau de polimerização inferior ao encontrado em plantas cultivadas sob condições naturais, indicando que esta característica é mantida em células indiferenciadas. A presença de frutanos e as diferenças entre as atividades de frutosiltransferases e hidrolases em calos vermelhos e amarelos possibilitam a aplicação desse material em estudos de regulação do metabolismo desses compostos em condições controladas.

Smallanthus sonchifolius is an Asteraceae native from the Andes Mountains that accumulates inulin-type fructans in the underground reserve organs, the tuberous roots and the rhizophores. Yellow callus was obtained from tuberous roots, giving origin, spontaneously to red callus. Fructans and their metabolizing enzymes were analyzed in calli of both types, showing similar fructan contents in both lineages. However, synthesizing activity was higher in red callus, while hydrolyzing activity was higher in yellow callus. HPAEC/ PAD analyses revealed the presence of fructo-oligosaccharides in both calli with degrees of polymerization lower than those found in plants cultured ex vitro, indicating that this characteristic was maintained in undifferentiated cells. The presence of fructans and the differences between the activities of fructosyltransferases and hydrolases found in red and yellow calli indicate this material as suitable for studies of fructan metabolism under controlled conditions.

O efeito de duas concentrações de nitrogênio sobre o acúmulo de frutanos e seu crescimento foi analisado durante um ano em plantas de Vernonia herbacea. As plantas foram cultivadas em casa de vegetação e receberam semanalmente solução nutritiva contendo 1,3 mmol.L-1 NO3- (N-limitado) ou 10,7 mmol.L-1 NO3- (N-suficiente). As plantas tratadas com a solução N-suficiente apresentaram maior crescimento, com maior biomassa, número maior de folhas, porém com menor área, resultando em área foliar total mais elevada, taxa de assimilação líquida e massa foliar específica mais altas, maior alocação de biomassa para os órgãos aéreos. Além disso, revelaram teores mais altos de açúcares redutores e mais baixos de frutanos. Já as plantas que receberam solução N-limitada apresentaram menor crescimento com menor biomassa, maior alocação de biomassa para os órgãos subterrâneos e maior conteúdo de frutanos. Portanto, embora as plantas sob N-limitado tenham apresentado maior concentração de frutanos, sua produção por planta foi semelhante nos dois tratamentos de nitrogênio.

The effect of two nitrogen concentrations on fructan accumulation and plant growth was analysed in plants of Vernonia herbacea during a year period. Plants of this species accumulate inulin-type fructans in the underground reserve organs (rhizophores). The plants were cultivated in glasshouse conditions and received weekly nutrient solutions containing 1.3 mmol.L-1 NO3- (N-limited) or 10.7 mmol.L-1 NO3- (N-sufficient). Plants treated with N-sufficient solution presented an increase in total growth with higher biomass, more but smaller leaves resulting in higher total leaf area, higher net assimilation rate, specific leaf mass and higher biomass allocation to aerial organs. In addition, these plants presented higher contents of reducing sugars and lower fructan contents. In contrast, N-limited plants showed reduced total growth with lower biomass, higher biomass allocation to underground organs and higher fructan contents. Therefore, although N-limited plants presented a higher fructan concentration, the amount of fructan produced per plant was similar in both N treatments.

Rusby, denominados rizóforos, acumulam frutanos do tipo inulina como principal carboidrato de reserva, que podem atingir até 80% da massa seca em condições naturais do cerrado. Em vista do uso crescente da inulina na indústria de produtos dietéticos e alimentícios em geral e de sua aplicação médica, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a produção desse carboidrato em condições de campo sob o efeito da adubação mineral e tempo de cultivo. As plantas utilizadas no experimento foram obtidas por multiplicação vegetativa a partir de rizóforos coletados de plantas crescendo em condições naturais e, em seguida cultivadas em área de cerrado natural por dois anos. A adubação básica consistiu de N:P2O5:K2O (80:200:150 kg.ha-1) com uma adubação nitrogenada de cobertura (N=80 kg.ha-1). Os resultados mostraram que a adubação não estimulou o aumento da biomassa e nem a produção de inulina. O tempo de cultivo, entretanto, afetou positivamente a produtividade de V. herbacea, havendo um ganho expressivo em biomassa e em frutano total (inulina), no segundo ano de cultivo. A produção de inulina variou de 113 a 674 kg.ha-1, correspondendo a 43% da matéria seca do rizóforo. A composição básica dos frutanos não foi alterada, embora as plantas adubadas tenham apresentado maior proporção de sacarose e frutanos com grau de polimerização de 3 a 8 no segundo ano de cultivo. Os resultados obtidos até o momento indicam ser esta espécie uma fonte de inulina comparável a outras culturas comerciais, sendo recomendado, portanto, a realização de estudos agronômicos, visando ao aumento da produção desse polissacarídeo.

The underground organs of Vernonia herbacea (Vell.) Rusby, known as rhizophores, acumulate 80% of their dry mass as fructans of the inulin type. In view of the growing industrial use of fructans as dietetic and general food products, and of their medical application, the present investigation aimed at evaluating the effect of mineral fertilization and period of cultivation on the production of these carbohydrates in field trials. Plants used in the experiments were obtained by vegetative propagation from rhizophores collected from plants growing in natural areas of the cerrado, and cultivated for two years. Fertilization consisted of N:P2O5:K2O (80:200:150 kg.ha-1) plus 80 kg.ha-1 nitrogen as dressing. Soil fertilization did not stimulate biomass or inulin production, but in the second year of cultivation a dramatic gain in biomass and inulin was detected in both treated and control plants. Inulin production varied from 113 to 674 kg.ha-1 which corresponds to 43% of the rhizophore dry mass. The composition of fructans was not altered by fertilization, although treated plants had a higher proportion of sucrose and fructans with degree of polymerization 3-8 in the second year of cultivation. The results identify this species as a fructan source similar to other commercial crops and recommend further agronomic studies, aimed at increasing the production of this polysaccharide.