Mitigação dos efeitos da restrição hídrica em soja com biofertilizante: alterações metabólicas e de condutância estomática
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i11.19377Palavras-chave:
Aminoácidos; Enzimas antioxidantes; Glycine max; Estresse oxidativo.Resumo
A soja tem crescente demanda no mercado mundial, sendo a restrição hídrica um importante fator de redução da sua produtividade. Portanto, o desenvolvimento de tecnologias visando a mitigação dos danos causados pelo estresse hídrico torna-se estratégico. Desse modo, objetivou-se demonstrar o papel do aminoácido ácido L-glutâmico na mitigação do estresse hídrico em plantas de soja. O estudo foi conduzido em casa de vegetação com plantas de soja em estágio vegetativo submetidas a restrição hídrica com aplicações foliares de 1 ml L-¹ de um biofertilizante obtido de fermentado bacteriano contendo 25% do aminoácido ácido L-glutâmico, 3 dias antes da imposição da restrição hídrica e quando a umidade do substrato atingiu 50% da capacidade de retenção de água (CRA). Determinou-se a resistência estomática no decorrer dos dias e procederam-se três coletas de material vegetal: no início da restrição hídrica, um e quatro dias após a reidratação para analises bioquímicas e enzimáticas. As plantas que receberam aplicação do biofertilizante no início da restrição hídrica apresentaram menor resistência estomática, enquanto as plantas que receberam aplicação 3 dias antes de CRA50% apresentaram aumentos no acúmulo de açúcares, na atividade da enzima redutase do nitrato, de aminoácidos livres, no teor de prolina e na enzima peroxidase. Por consequência, verificou-se a redução dos danos causados pela restrição hídrica com redução da peroxidação lipídica nos tratamentos com aplicação do biofertilizante, mitigando os efeitos do estresse oxidativo em plantas de soja.
Referências
Anda, A., Soós, G., Menyhárt, L., Kucserka, T. & Simon, B. (2020). Yield features of two soybean varieties under different water supplies and field conditions. Field Crops Research, 245(107673). https://doi.org/10.1016/j.fcr.2019.107673
Bajguz, A. (2014). Nitric oxide: role in plants under abiotic stress. Physiological Mechanisms and Adaptation Strategies in Plants Under Changing Environment. Springer, 137–159.
Basal, O., Szabó, A. & Veres, S. (2020). Physiology of soybean as affected by PEG-induced drought stress. Current Plant Biology, 22 (100135). https://doi.org/10.1016/j.cpb.2020.100135
Bates, L. S., Waldern, R. P. & Teare, I. D. (1973). Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil, 39, 205-207.
Batista-Silva, W., Heinemann, B., Rugen, N., Nunes-Nesi, A., Araújo, W.L., Braun, H. P. & Hildebrandt, T. M. (2019). The Role of Amino Acid Metabolism during Abiotic Stress Release. Plant Cell Environment, 42(5), 1630–1644. https://doi.org/10.1111/pce.13518
Bolouri-Moghaddam M. R., Le Roy K., Xiang L., Rolland F. & Van den Ende W. (2010). Sugar signalling and antioxidant network connections in plant cells. The FEBS Journal, 277(9), 2022–2037. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2010.07633.x
Bradford, M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72(7), 248-254.
Brasil. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, 2020. Instrução normativa nº 61, 474 de 8 de julho de 2020. Diário Oficial da União. https://www.in.gov.br/web/dou/-/instrucao475normativa-n-61-de-8-de-julho-de2020
Cao, Y.P., Gao, Z.K., Li, J.T., Xu, G.H. & Wang, M. (2010). Effects of extraneous glutamic acid on nitrate contents and quality of chinese chive. Acta Horticulturae, 856, 91-98. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2010.856.11
Chamizo-Ampudia, A., Sanz-Luque, E., Llamas, A., Galvan, A. & Fernandez, E. (2017) Nitrate reductase regulates plant nitric oxide homeostasis. Trends in Plant Science, 22(2), 163–174.
Devi, S. R. & Prasad, M. N. V. (1998) Copper toxicity in Ceratophyllum demersum L. (Coontail), a free floating macrophyte: response of antioxidant enzymes and antioxidants. Plant Science, 138(2), 157-65.
Dong, S., Jiang, Y., Dong, Y., Wang, L., Wang, W., Ma, Z., Yan, C., Ma, C. & Liu, L. (2019) A study on soybean responses to drought stress and rehydration. Saudi Journal of Biological Sciences, 26(8), 2006-2017. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2019.08.005
Du, Y., Zhao, Q., Chen, L., Yao, X., Zhang, W., Zhang, B. & Xie, F. (2020). Effect of drought stress on sugar metabolism in leaves and roots of soybean seedlings. Plant Physiology and Biochemistry, 146,1-12. doi:10.1016/j.plaphy.2019.11.003.
Farooq M., Wahid A., Kobayashi N., Fujita D. & Basra S. M. A. (2009). Plant drought stress: effects, mechanisms and management. Sustainable Agriculture., 29, 185-212. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2666-8_12
Ferreira, D. F. (2019). Sisvar: a computer analysis system to fixed effects split plot type designs. Revista Brasileira de Biometria, 37, 529-535. https://doi.org/10.28951/rbb.v37i4.450
Forde B. G. & Lea P. J. (2007). Glutamate in plants: metabolism, regulation and signalling. Journal of Experimental Biology, 58(9), 2339–2358. doi:10.1093/jxb/erm121
Gemin, L. G., Mógor, A. F., Mógor, G., Röder, C. & Szilagyi-Zecchin V. J. (2018). Changes in growth and concentration of amino acids in Chinese cabbage seedlings using bacterial fermented broth. Idesia, 36, 7-13. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-34292018000100007
Giannopolitis, C. N. & Ries, S. K. (1977). Superoxide dismutases: I. Occurrence in higher plants. Plant physiology, 59(2), 309-314.
Gill, S. S. & Tuteja, N. (2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48(12), 909–930. doi: 10.1016/j.plaphy.2010.08.016
Groß, F., Durner, J., & Gaupels, F. (2013). Nitric oxide, antioxidants and prooxidants in plant defence responses. Frontiers in Plant Science, 4, 419. doi: 10.3389/fpls.2013.00419
Hayat, S., Hayat, Q., Alyemeni, M.N., Wani, A.S., Pichtel, J. & Ahmad, A. (2012). Role of proline under changing environments. Plant Signaling and Behavior, 7(11),1456–1466. https://doi.org/10.4161/psb.21949
Heath, R. L. & Packer, L. (1968) Photoperoxidation in isolated chloroplasts I. Kinetic and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of biochemistry and biophysics, 125(1), 189-198.
Jaworski, E. K. (1971). Nitrate reductase assay in intact plant tissues. Biochemical and Biophysical. Research Communications New York, 43(6), 1274-1279.
Lichtenthaler, H. K. (1987). Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods in Enzymology, 148, 350-382.
Liu, F., Jensen, C. R. & Andersen, M. N. (2004). Drought stress effect on carbohydrate concentration in soybean leaves and pods during early reproductive development: Its implication in altering pod set. Field Crops Research, 86(1), 1–13. doi: 10.1016/S0378-4290(03)00165-5
Liu, S., Zhang, M., Feng, F. & Tian, Z. (2020). Toward a ‘‘Green Revolution’’ for Soybean. Molecular Plant, 13(5), 688–697. doi: 10.1016/j.molp.2020.03.002.
Magné, C. & Larher, F. (1992) High sugar content interferes with colorimetric determination of amino acids and free proline. Analytical Biochemistry, 200(1), 115–118.
Mahajan S. & Tuteja N. (2005) Cold, salinity and drought stresses: na overview. Arch. Biochem. Biophys. 444(2), 139–158. doi: 10.1016/j.abb.2005.10.018.
Maldonade, I. R., Carvaho, P. G. B. & Ferreira, N. A. (2013) Protocolo para a Determinação de Açucares Totais em Hortaliças pelo Método de DNS. Comunicado Técnico: EMBRAPA, 85, 1-4.
McDermitt, D. K. (1990). Sources of Error in the Estimation of Stomatal Conductance and Transpiration from Porometer Data. HortScience, 25(12), 1538-1548. doi: 10.21273/hortsci.25.12.1538
Mousavi-Derazmahalleh, M., Bayer, P.E., Hane, J.K., Babu, V., Nguyen, H.T., Nelson, M.N., Erskine, W., Varshney, R.K., Papa, R. & Edwards, D. (2018) Adapting legume crops to climate change using genomic approaches. Plant Cell Environ.. 42(1), 6–19. https://doi.org/10.1111/pce.13203
Peixoto, H. P. P., Cambraia, J., Sant’ana, R., Mosquim, P. R. & Moreira, A. M. (1999). Aluminium effects on lipid peroxidation and the activities of enzymes of oxidative metabolism in sorghum. Revista Brasileira de Fisiologia Vegetal, 11(3), 137-143.
Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J., & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da Pesquisa científica. [e-book]. Santa Maria. Ed. UAB/NTE/UFSM. Available in: https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/15824/Lic_Computacao_Metodologia-Pesquisa-Cientifica.pdf?sequence=1. Access on: 18 Agust 2021.
Pompelli, M. P., França, S. C., Tigre, R. C., Oliveira, M. T., Sacilot, M. & Pereira, E. C. (2013). Spectrophotometric determinations of chloroplastidic pigments in acetone, ethanol and dimethylsulphoxide. Revista Brasileira de Biociências, 11(1), 52-58.
Rhodes D. & Handa S. (1989). Amino acid metabolism in relation to osmotic adjustment in plant cells. In Cherry J. H. (ed) Environmental stress in plants, biochemical and physiological mechanisms. Ecological Sciences, 19, 41-62.
Röder, C., Mógor, A. F., Szilagyi-Zecchin, V. J., Gemin, L. G., & Mógor, G. (2018). Potato yield and metabolic changes by use of biofertilizer containing L-glutamic acid. Comunicata Scientiae, 9(2), 211-218. doi: 10.14295/CS.v9i2.2564
Saddhe, A. A., Manuka, R. & Suprasanna, P. (2020) Plant sugars: Homeostasis and transport under abiotic stress in plants. Physiologia Plantarum,171(4), 739-755. https://doi.org/10.1111/ppl.13283.
Sharma, P., Jha, A. B., Dubey, R. S. & Pessarakli, M. (2012). Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. Journal of Botany. 2012, 217037. doi: 10.1155/2012/217037
Silva, T. R da., Costa, M. L. A. da, Farias, L. R. A., Santos, M. A. dos, Rocha, J. J. de L. & Silva, J. V. (2021) Fatores abióticos no crescimento e florescimento das plantas. Research, Society and Development 10(4). doi: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v10i4.13817
Taiz, L.; Zeiger, E., Moller I. M. & Murphy, A. (2017) Fisiologia e desenvolvimento vegetal. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, p. 888
Talbi, S., Romero-Puertas, M. C., Hernández, A., Terrón, L., Ferchichi, A. & Sandalio, L. M. (2015). Drought tolerance in a saharian plant Oudneya africana: role of antioxidant defences. Environmental and Experimental Botany, 111, 114–126. doi: 10.1016/j.envexpbot.2014.11.004
Teisseire, H. & Guy, V. (2000). Copper-induced changes in antioxidant enzymes activities in fronds of duckweed (Lemna minor). Plant science, 153, 65-72.
Teixeira, W.F., Soares, L.H., Fagan, E.B., Mello, S.C., Reichardt, K. & Dourado-Neto, D. (2020). Amino acids as stress reducers in soybean plant growth under different water-deficit conditions. Journal of Plant Growth Regulation, 39, 905–919. https://doi.org/10.1007/s00344-019-10032-z
Trenberth, K. E., Dai, A., Van Der Schrier, G., Jones, P. D., Barichivich, J., Briffa, K. R., & Sheffield, J. (2014). Global warming and changes in drought. Nature Climate Change, 4, 17– 22. https://doi.org/10.1038/nclimate2067
Winters, A. L., Lloyd, J. D., Jones, R. & Merry, R. J. (2002) Evaluation of a rapid method for estimating free amino acids in silages. Animal feed science and technology, 99, 177-187.
Xu, Z., Ma, J., Lei, P., Wang, Q., Feng, X. & Xu, H. (2020). Poly-γ-glutamic acid induces system tolerance to drought stress by promoting abscisic acid accumulation in Brassica napus L. Scientific Reports, 10(252). doi: 10.1038/s41598-019-57190-4
Xu, Z., Zhou, G., & Shimizu, H. (2010). Plant responses to drought and rewatering. Plant Signaling & Behavior, 5(6), 649–654. doi: 10.4161/psb.5.6.11398
Zhang, F., Guo, J. K., Yang, Y. L., He, W. L. & Zhang, L. X. (2004). Changes in the pattern of antioxidant enzymes in wheat exposed to water deficit and rewatering. Acta Physiologiae Plantarum, 26, 345–352.
Zhang, L., Yang X., Gao D., Wang L., Li J., Zhanbo Wei Z. & Shi Y. (2017). Effects of poly-γglutamic acid (γ-PGA) on plant growth and its distribution in a controlled plant-soil system. Scientific Reports, 7, 1-13. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06248-2
Zhong, C., Cao, X., Bai, Z., Zhang, J., Zhu, L., Huang, J. & Jin, Q. (2018). Nitrogen metabolism correlates with the acclimation of photosynthesis to short-term water stress in rice (Oryza sativa L.). Plant Physiology and Biochemistry, 125, 52–62. doi: 10.1016/j.plaphy.2018.01.024.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2021 Harielly Marianne Costa Marques; Ely Cristina Negrelli Cordeiro; Juliana de Oliveira Amatussi; Gabriel Bocchetti de Lara; Gilda Mógor; Lais Cristina Bonato Malmann Nedilha; Átila Francisco Mógor
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.
