Multiple stresses on the oxidative metabolism of sugarcane varieties / Estresse múltiplo no metabolismo oxidativo de variedades de cana-de-açúcar

ABSTRACT: The exposure of plants to multiple stress conditions can cause over production of reactive oxygen species promoting an imbalance in the redox system. The aim of this study was to examine the antioxidant response from varieties of sugarcane under adverse conditions, to understand the defense mechanisms of tolerant and sensitive genotypes. Micropropagated sugarcane of six genotypes, RB966928, RB98710, RB855453, RB99395, RB867515, and RB855156, were subjected to isolated action of high-temperature stress and a combination of water and saline stress, and effects were evaluated. Activities of enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and ascorbate peroxidase (APX), as well as stress indicators such as lipid peroxidation (MDA content) and hydrogen peroxide (H2O2) content were evaluated. The RB867515 variety showed synchrony between the enzymatic activity and ROS regulation and detoxification, in the plant cell under environmental stress situations, thereby ensuring the maintenance of the relative water content without increment of lipid peroxidation; and consequently, the maintenance of physiological processes and plant growth. These results indicated that lipid peroxidation associated with relative water content can be good biochemical markers of sensitivity to multiple stresses in sugarcane.

RESUMO: A exposição de plantas a condições de estresse múltiplo pode causar uma superprodução de espécies reativas de oxigênio promovendo desequilíbrio no sistema redox. O objetivo deste trabalho foi estudar a resposta antioxidante de variedades de cana-de-açúcar sob condições adversas visando a compreensão de mecanismos de defesa de genótipos tolerantes e sensíveis. Mudas micropropagadas de cana-de-açúcar de seis genótipos, RB966928, RB98710, RB855453, RB99395, RB867515 e RB855156 foram submetidas à avaliação da ação isolada do estresse por alta temperatura e da sua combinação com o estresse hídrico e salino. Avaliou-se a atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX), bem como a peroxidação lipídica (teor de MDA) e teor de peróxido de hidrogênio (H2O2), indicadores de estresse. A variedade RB867515 destacou-se por apresentar sincronia entre a atividade enzimática na regulação e desintoxicação das ROS, produzidas na célula vegetal durante situações de estresse ambiental, garantindo a manutenção do teor relativo de água sem incremento da peroxidação lipídica e, consequentemente, a manutenção dos processos fisiológicos e o crescimento da planta. Os resultados indicam que a peroxidação lipídica associada ao baixo teor relativo de água podem ser bons marcadores bioquímicos de sensibilidade da cana-de-açúcar à estresses múltiplos.

Geração e desintoxicação enzimática de espécies reativas de oxigênio em plantas / Plant generation and enzymatic detoxification of reactive oxygen species

As condições de estresse biótico e abiótico impostas às plantas induzem a superprodução de espécies reativas de oxigênio (ROS), podendo causar danos às estruturas celulares e mesmo acarretar a morte da planta. As respostas bioquímicas e fisiológicas de plantas superiores ao estresse oxidativo incluem um eficiente sistema de defesa antioxidante, que envolve a atividade das enzimas superóxido dismutase, catalase, ascorbato peroxidase, peroxirredoxinas, dentre outras, além de metabólitos não enzimáticos, que, de forma conjunta, atuam na eliminação das ROS e na redução do dano oxidativo. Nesta revisão, serão abordados os principais sítios de produção de ROS e a ação de algumas enzimas do sistema de defesa antioxidante em plantas.

The biotic and abiotic stress conditions imposed on plants induces overproduction of reactive oxygen species (ROS), which can cause damage to cellular structures and even lead to the death of the plant. The biochemical and physiological responses of higher plants to oxidative stress includes an efficient antioxidant defense system, which involves the activity of the enzymes superoxide dismutase, catalase, ascorbate peroxidase, peroxiredoxines, among others, in addition to non-enzymatic metabolites, which, together, work on eliminating the ROS and in reducing oxidative damage. This review will address the main production sites of ROS and the action of some enzymes of antioxidative defense system in plants.

Hiperidricidade: uma desordem metabólica / Hyperhydricity: a metabolic disorder

A hiperidricidade, anteriormente chamada vitrificação, é considerada uma desordem fisiológica, bioquímica e morfológica decorrente do acúmulo anormal de água no interior das células e tecidos. As plantas cultivadas in vitro estão, indubitavelmente, sob contínua condição de estresse, os quais resultam em alterações metabólicas características do estresse oxidativo. Anatomicamente, plantas ou brotos afetados frequentemente apresentam-se inchados, com coloração verde claro, folhas translúcidas e com aparência de vidro, baixa relação número de células/área celular e hipolignificação. Alterações fisiológicas que ocorrem nas principais vias metabólicas, incluindo fotossíntese, respiração e transpiração, resultam em redução de eficiência dessas vias metabólicas. Os distúrbios morfológicos, fisiológicos e bioquímicos são desencadeados por fatores físicos, relacionados ao ambiente dos recipientes de cultivo e consistência do meio de cultura ou por fatores químicos como os componentes do meio de cultura, em especial dos reguladores de crescimento em altas concentrações. A hiperidricidade ocorre em vários níveis de severidade, chegando a resultar na perda irreversível da capacidade morfogênica e o estabelecimento de um estado neoplásico das células, no entanto, na maioria dos casos, a hiperidricidade é considerada reversível. Esta revisão foca o conhecimento atual sobre o fenômeno da hiperidricidade abordando aspectos morfológicos, fisiológicos, bioquímicos e a reversibilidade do processo.

The hyperhydricity, formerly called vitrification, is considered a physiological, biochemistry and morfologic disorder due to abnormal accumulation of water inside the cells and tissues. Plants grown in vitro are undoubtedly under continuous stress condition which results in metabolic changes characteristic of oxidative stress. Anatomically plants or shoots affected often become swollen, with pale green, translucent sheets, glass-like, low relative number of cells / cell area and hipolignification. Physiological changes occur in major metabolic pathways including photosynthesis, respiration and transpiration resulting in reduced efficiency of these metabolic pathways. Morphological, physiological and biochemical disorders are triggered by physical factors related to the environment of cultivation vessels and consistency of the culture medium or by chemical factors such as culture medium components, especially the growth regulators in high concentrations. The hyperhydricity occurs at various levels of severity, reaching result in irreversible loss of morphogenic capacity and the establishment of a state of neoplastic cells, however, in most cases hyperhydricity is considered reversible. This review focuses on the current knowledge about the phenomenon of hyperhydricity addressing morphological, physiological, biochemical, and reversibility of the process.

Early somatic embryogenesis in Heliconia chartacea Lane ex Barreiros cv. Sexy Pink ovary section explants

The present work evaluated the development of embryogenic callus from transversal ovary sections. The experiments were carried out under two experimental regimes using combinations of IAA (0; 5.71; 8.56; 11.42; 14.27μM) and 2,4-D (0; 13.57; 18.10; 22.62μM) or combinations of 2,4-D with BA (0; 4.43; 6.65; 8.87; 11.09μM). Assessments were made of anatomical aspects of the callus and for the presence of embryogenic structures using cytochemical and histological analyses and stereomicroscopic and scanning electronic microscopic observations. Treatments with 2,4-D and IAA produced friable calluses demonstrating cellular acquisition of morphogenetic competence as well as the formation of pro-embryogenic sectors. The expression of embryogenic program could be observed, with proembryogenic cell clusters developing into globular embryos. These results offer the possibility of using new types of explants for culturing helicons that avoid the growth of endophytic bacteria.

Este trabalho teve como objetivo avaliar a resposta de secções transversais de ovários e o desenvolvimento de calos embriogênicos. O experimento constou de dois ensaios. No primeiro avaliou-se combinações entre AIA (0; 5.71; 8.56; 11.42; 14.27μM) e 2,4-D (0; 13.57; 18.10; 22.62μM) e no segundo avaliou-se as concentrações de 2,4-D supracitadas, combinadas com concentrações de BA (0; 4.43; 6.65; 8.87; 11.09μM). Os calos formados foram avaliados quanto à presença de estruturas embriogênicas utilizando-se estereomicroscópio, microscópio eletrônico de varredura, além de análises citoquímicas e histológicas. Combinações entre 2,4-D e AIA induziram a formação de calos friáveis com setores pró-embriogênicos, refletindo a aquisição de competência morfogenética. Posteriormente foi observada a expressão do programa embriogênico quando massas pró-embriogências desenvolveram-se formando embriões somáticos. Esses resultados apresentam uma alternativa para a utilização de um tipo de explante que possibilita o cultivo in vitro de helicônia sem o desenvolvimento de bactérias endofíticas.

Antimicrobial action of the essential oil of Lippia gracilis Schauer

Antimicrobial activity of the essential oil (EO) of Lippia gracilis Schauer over fungi and heliconia endophytic bacteria was evaluated. For the fungi Geotrichum candidum; Trichoderma viride; Torula herbarum; Paecillomyces sp.; Fusicoccum sp.; P. aeruginens; Curvularia lunata; Aspergillus nidulans; A. flavus; and A. niger mycelial discs were inoculated in PDA medium with oil (0; 420; 440; 460; 480 e 500 µL L-1). The inhibition percentage in 420 µL L-1 was 100 percent for all fungi, except for C. lunata and A. niger, which was 95.58 percent and 89.40 percent , respectively. In other experiment, a suspension of the Salmonella choleraceuis-diarizonae, Enterobacter asburiae, Bacillus thuringiensis, B. pumilus, B. cereus, Klebsiella pneumoniae, and E. hormaechei was individually added to the solid NYDA medium dishes. In each dish, wells were drilled in medium and filled with water or EO (420 µL L-1). The diameter of the inhibition halo was assessed. K. pneumoniae was the bacterial species less sensitive and E. hormaechei was the most sensitive.

Avaliou-se a atividade antimicrobiana do óleo essencial (OE) de Lippia gracilis Schauer sobre fungos contaminantes de laboratórios de cultura de tecidos vegetais e bactérias endofíticas de helicônias. Discos de micélio dos fungos Geotrichum candidum; Trichoderma viride; Torula herbarum; Paecillomyces sp.; Aspergillus nidulans; Fusicoccum sp.; A. flavus; P. aeruginens; Curvularia lunata e A. niger, foram inoculados em meio BDA com óleo (0; 420; 440; 460; 480 e 500 µL L-1). O percentual de inibição em 420 µL L-1 foi de 100 por cento para todos os fungos exceto paraC. lunata and A. niger, o qual foi de 95.58 por cento and 89.40 por cento respectivamente. Em outro experimento, suspensão das espécies Salmonela choleraceuis-diarizonae, Enterobacter asburiae, Bacillus thuringiensis, B. pumilus, Klebsiella pneumoniae, E. hormaechei, Bacillus pumilus, B. cereus, B. pumilus foi individualmente adicionada ao meio NYDA, que foi vertido em placas de Petri e, após solidificado, perfurado e preenchido com água ou óleo (420 µL L-1). Avaliou-se o diâmetro do halo de inibição. Avaliou-se também, a inibição em meio líquido. K. pneumoniae foi a espécie bacteriana menos sensível e E. hormaechei foi a mais sensível.