ABSTRACT
ABSTRACT Salinity is one of the major environmental stress factors that affect crop productivity, as well as interfering with plant growth and development, resulting in reduced production quality. Given this, we highlight the importance of research in response to plants subjected to salt stress in order to assess the physiological and biochemical behavior of genotypes, with the objective of selecting the more tolerant. One way to ensure the uniformity of the response of the plants is through in vitro cultivation, which allows control of the cultivation conditions. Therefore, the objective of this work was to evaluate the response of two commercial varieties of sugar cane exposed to saline stress in different conditions (gradual and abrupt). Two varieties of sugarcane (RB931011 and RB872552) were subjected to in vitro salt stress by NaCl (56 mM and 112 mM), either gradually or suddenly. The responses of the enzymatic antioxidant system (catalase, peroxidases and ascorbate peroxidase) and free proline, as well as the Na+ and K+ contents, were assessed 30 days after the beginning of the treatments. Differences were observed in the responses of the varieties as a function of the induction mode of salt stress, graded or by shock, rather than as a function of the NaCl concentrations in the culture medium. The stress response is therefore conditioned not only by salt concentration, but also by the form of exposure to salt.
RESUMEN La salinidad es uno de los principales factores de estrés ambiental, además de interferir en el crecimiento de las plantas perjudica directamente la producción agrícola. En ese contexto, se destaca la importancia de investigaciones direccionadas a la respuesta de las plantas sometidas al estrés salino, con el fin de evaluar el comportamiento fisiológico y bioquímico con el objetivo de seleccionar genotipos tolerantes a dicha condición. Una de las técnicas más utilizadas para uniformizar la respuesta de las plantas a una condición en particular es el cultivo de tejidos in vitro. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar la respuesta de dos variedades comerciales de caña de azúcar (RB931011 e RB872552) expuestas a estrés salino con NaCl (56 mM e 112 mM) en diferentes condiciones, gradual y abrupta. Las respuestas del sistema antioxidante enzimático (catalasa, peroxidasa y ascorbato peroxidasa) y prolina libre, asi como las concentraciones de Na+ e K+ fueron evaluadas 30 días después del inicio de los tratamientos. Fueron observadas diferencias en la respuesta de las variedades en función del modo de inducción del estrés salino, graduado o abrupto, y no solo en función de las concentraciones de NaCl en el medio de cultivo. La respuesta al estrés es condicionada no solo por la concentración de sal sino también por la forma de exposición al medio salino.
ABSTRACT
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.
ABSTRACT
The effects of different light quality treatments on in vitro growth and multiplication of sugarcane (RB867515) were investigated. The plantlets were cultivated on MS medium containing 1.3 µM 6-benzylaminopurine (BAP), and exposed to five light treatments: three combinations of blue/red LED (70:30, 50:50, 30:70), white-LED and fluorescent lamps, during 24 days. Among the LED light treatments, blue/red combination in 50:50 proportions proved to have the best results for stem length, fresh mass, leaf number and shoot multiplication. Higher content of photosynthetic pigments was also obtained with LEDs. Results suggested that the light quality emitted by LEDs was suitable for plant growth and development and it may be used as alternative and economic light source for micropropagation of sugarcane variety under analysis.
Foram investigados os efeitos de diferentes tratamentos de qualidade da luz sobre o crescimento e multiplicação in vitro de cana-de-açúcar (RB867515). As plantas foram cultivadas em meio MS contendo 1,3 µ M de 6-benzilaminopurina (BAP) e expostas a cinco tratamentos de luz: três combinações de LED azul/vermelho (70:30, 50:50, 30:70), LED branco e lâmpadas fluorescentes, durante 24 dias. Entre os tratamentos de luz de LED, a combinação azul/vermelho na proporção 50:50 apresentou os melhores resultados para altura, massa fresca, número de folhas e multiplicação de brotos. Maior teor de pigmentos fotossintéticos também foi obtido com a utilização de LEDs. Os resultados sugerem que a qualidade da luz emitida pelos LEDs foi adequada para o crescimento e desenvolvimento das plantas e pode ser utilizada como fonte de luz alternativa e econômica para a micropropagação da variedade de cana-de-açúcar estudada.
Subject(s)
Saccharum/growth & development , In Vitro Techniques/methods , LightABSTRACT
Sugarcane (Saccharum officinarum L.) production is influenced by various abiotic stresses, including salt stress. Salinity can induce oxidative stress, which in turn damages biomolecules and cellular structures. However, such damage can be avoided or minimized by the enzymatic and non-enzymatic defense systems of plants. The aim of the study was to determine the effect of exogenous proline on Na+ and K+ content and on the activity of catalase, ascorbate peroxidase and peroxidase in two sugarcane genotypes (RB931011 and RB872552) grown in vitro under salt stress. The plants were grown for 20 days with or without 100 mM NaCl and exposed to 20 mM proline for varying period of time. The data were subjected to ANOVA factorial (two genotypes and five treatments), and the mean values were compared by Tukey test at a 5 % probability. Under salinity stress, both genotypes exhibited membrane integrity reduction, reduced total soluble protein content and unaltered or increased endogenous proline content. Exogenous proline reduced Na+ accumulation in a manner proportional to the exposition period at the amino acid. In both genotypes, antioxidant enzymes activity increased with the addition of NaCl. In conclusion, RB931011 genotype showed higher proline accumulation and increased in activity of the antioxidant enzymes, indicating better salt stress tolerance than in RB872552 genotype.
La producción de caña de azúcar (Saccharum officinarum L.) está influenciada por varios factores abióticos desfavorables, como el estrés salino. La salinidad puede inducir el estrés oxidativo, que causa daño a las biomoléculas y a las estructuras celulares. Sin embargo, estos daños se puede evitar o minimizar por los sistemas de defensa enzimático y no enzimáticos de las plantas. El objetivo del estudio fue determinar el efecto de la prolina exógena en el contenido de Na+ e K+, y la actividad de la catalasa, ascorbato peroxidasa y peroxidasa en dos genotipos de caña de azúcar (RB931011 y RB872552) cultivados in vitro bajo estrés salino. Las plantas se cultivaron durante 20 días en presencia o ausencia de NaCl 100 mM y expuestos a prolina 20 mM durante un periodo de tiempo variable. Los datos fueron sometidos a ANOVA factorial (dos genotipos y cinco tratamientos), y las medias se compararon mediante la prueba de Tukey al 5 % de probabilidad. Bajo estrés salino, ambos genotipos mostraron reducción en la integridad de la membrana, disminución de las proteínas solubles totales y el mantenimiento o incremento en el contenido de prolina endógena. La prolina exógena reduce la acumulación de Na+ en proporción al período de exposición al aminoácido. En ambos genotipos, la actividad de las enzimas antioxidantes se incrementó con la adición de NaCl. En conclusión, el genotipo RB931011 mostró mayor acumulación de prolina y un mayor aumento de la actividad de la catalasa, ascorbato peroxidasa y peroxidasa, lo que indica una mejor tolerancia al estrés salino en comparación con el genotipo RB872552.
ABSTRACT
The objective of this work was to induce direct somatic embryogenesis from segments of immature leaves of the RB872552 variety of sugarcane and to correlate this morphogenic event with oxidative stress. Two previously described protocols were utilized for the induction of somatic embryogenesis in sugarcane with different supplementations of the culture medium and different incubation conditions. For the conversion of embryos into plants was used MS medium without phytoregulators. Histological analyses and activity of antioxidant enzymes were also conducted for the embryogenic and non-embryogenic tissues. The formation of somatic embryos was obtained in 81 % of the explants with the combination of regulators 2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid)and BAP (6-benzylaminopurine) when incubated under 16 h photoperiod. With regards to the antioxidant enzymes, there was increased activity of peroxidase and an increase in the soluble protein content in embryogenic tissues, whereas lower activities of polyphenol oxidase and catalase appeared in these tissues compared to nonembryogenic tissues. It could be inferred that oxidative stress plays an important role in the induction of somatic embryogenesis in sugarcane.
El objetivo de este trabajo fue inducir la embriogénesis somática directa en segmentos de hojas jóvenes en la variedad de caña de azúcar RB872552, e investigar la correlación de este evento morfogénico con el estrés oxidativo. Se utilizaron dos protocolos de inducción de embriogénesis somática, previamente descritos para caña de azúcar, con distintas suplementaciones en el medio de cultivo y en las condiciones de incubación. Para la conversión de embriones en plantas se utilizó el medio MS sin fitoreguladores. Se realizaron además análisis histológicas y de actividad enzimática antioxidante en tejidos embriogénicos y no embriogénicos. La formación de embriones somáticos ocurrió en 81 % de los explantes, con la combinación de los reguladores de crecimiento 2,4-D (ácido 2,4-diclorofenoxiacético) y BAP (6-bencilaminopurina) e incubación bajo un fotoperiodo de 16 h. Respecto a las enzimas antioxidantes, se observó un incremento en la actividad de peroxidasa y en el contenido de proteínas solubles en los tejidos embriogénicos, mientras que la polifenoloxidasa y la catalasa presentaron valores más bajos de actividad en estos tejidos, en comparación con los no embriogénicos. Se podría inferir que el estrés oxidativo juega un papel importante en la inducción de la embriogénesis somática en caña de azúcar.
ABSTRACT
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.
ABSTRACT
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.
ABSTRACT
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.