Toxicidad amoniacal afecta la absorción de cationes y el crecimiento de plantas de papaya inclusive con adición de silicio / Ammonia toxicity affects cations uptake and growth in papaya plants inclusive with silicon addition

ABSTRACT High ammonia (NH4 +) concentration can exert stress on many plants, which causes nutritional disorders and reduction on plant growth. However, depending on the intensity of the stress, it may be attenuated by silicon. In this work, the response of impact of cations and silicon accumulations and plant growth in cultivated papaya plants was investigated under different toxic ammonia concentrations regardless of the presence of silicon (Si). The experiment was conducted at the Universidade Estadual Paulista (UNESP) with papaya seedlings, variety 'Grupo Formosa' (Calimosa híbrida 01), grown in a glass greenhouse, in 1.7 dm3 pots filled with pine and coconut fiber-based substrate. The experimental design was a randomized block design, in a 5 x 2 factorial arrangement. There were five ammonium concentrations: 10, 20, 40, 80, and 100 mmol L-1 that were delivered via nutrient solution, in the absence and presence of Si (2 mmol L-1), with five replicates. After 31 days of growth, the cations and silicon accumulations in the shoot, plant height, stem diameter, root, and shoot dry matter were evaluated. Results revealed that increased ammonia concentration showed toxicity in papaya plants and stronger reductions in Ca, Mg, K and Si accumulations, plant heights, stem diameters, and root and shoot dry matter production, even when silicon was present and with greater effects on the shoot dry matter (87 %) than that of the roots (13 %).

RESUMEN Las altas concentraciones de amonio (NH4+) pueden ejercer estrés en las plantas cultivadas, lo que causa trastornos nutricionales y reducción del crecimiento. Sin embargo, dependiendo de la intensidad del estrés, este puede atenuarse mediante el silicio (Si). En este trabajo, se investigó la respuesta de la acumulación de cationes y silicio y el crecimiento de plantas de papaya cultivadas en diferentes concentraciones tóxicas de amonio independientemente de la presencia de silicio. El experimento se realizó en la Universidade Estadual Paulista (UNESP), con plántulas de papaya, variedad Grupo Formosa (Calimosa híbrida 01), cultivadas en invernadero, en macetas de 1,7 dm3, rellenas con sustrato a base de fibra de pino y coco. El diseño experimental fue en bloques al azar, en esquema factorial 5x2, con cinco concentraciones de amonio 10, 20, 40, 80 y 100 mmol L-1, en la ausencia y presencia de Si (2 mmol L-1), con cinco repeticiones. A los 31 días posteriores del inicio de los tratamientos, se evaluó la acumulación de calcio, magnesio, nitrógeno, potasio y silicio, altura de la planta, diámetro del tallo y la materia seca de la raíz y los brotes. Los resultados revelaron que el aumento de la concentración de amonio mostró toxicidad en plantas de papaya y una reducción en la acumulación de calcio, magnesio, potasio y silicio, la altura de la planta, diámetro del tallo y la producción de materia seca de raíces y brotes, aunque el silicio esté presente, con mayor afectación en la materia seca de los brotes (87 %) que en las raíces (13 %).

Diagnóstico de la fertilidad de los suelos de cuatro municipios de Cundinamarca (Colombia) para la producción de plátano / Diagnostics of soil fertility in four municipalities of Cundinamarca (Colombia) employed for cooking banana production

RESUMEN Para lograr rendimientos óptimos en la producción de plátano, se debe tener en cuenta la disponibilidad de nutrientes en el suelo, para así ajustar planes de fertilización adecuados. Con el fin de contribuir al estudio de la fertilidad de suelos cultivados con plátano en el departamento de Cundinamarca-Colombia, se realizó una caracterización química de suelos, en cuatro de los principales municipios productores. Se visitaron 146 fincas, ubicadas en Viotá, La Vega, La Palma y Chaguaní, donde se tomaron muestras de suelo, para análisis químico. Los resultados obtenidos fueron sometidos a un análisis de frecuencias, correlación lineal de Pearson y componentes principales, realizando, finalmente, una comparación de medias entre los cuatro municipios. Se observaron niveles bajos de P, S y Mg, medios de K, Ca y B, así como altas concentraciones de Zn, que pueden llegar a ser tóxicas para el cultivo de plátano. Por otro lado, las variables se agruparon en cuatro componentes asociados a: la capa de cambio del suelo, la reacción del suelo, la salinidad y la relación entre el P y Zn. Suelos de los municipios de La Vega y La Palma no presentaron variación en la capa de cambio y la reacción del suelo, caso contrario al observado en suelos de Viotá y Chaguaní. Entre suelos de los municipios, se presentaron diferencias significativas para las propiedades materia orgánica, Ca y Mg, así como desbalances catiónicos y pH fuertemente ácidos.

ABSTRACT To achieve optimum yields in plantain production, appropriate fertilization plans must be adjusted, for which the availability of nutrients in the soil must be taken into account. In order to contribute to the study of the fertility of soils cultivated with cooking banana in the province of Cundinamarca - Colombia, a chemical characterization of soils was carried out in four of the main producing municipalities. 146 farms located in Viotá, La Vega, La Palma and Chaguaní, were visited, and soil samples were taken for chemical analysis. The results obtained were subjected to a frequency analysis, Pearson's linear correlation and main components; finally making a comparison of means between the four municipalities. Low levels of P, S and Mg, medium of K, Ca and B were observed, as well as high concentrations of Zn that can be toxic for the plantain crop. On the other hand, the variables were grouped into four components associated with: the soil change layer, the soil reaction, the salinity and the relationship between P and Zn. Soils of the municipalities of La Vega and La Palma did not show variation in the change layer and soil reaction, contrary to that observed in Viotá and Chaguaní soils. Among the soils of the municipalities, there were significant differences for the properties of organic matter, Ca and Mg as well as cationic imbalances and strongly acidic pH.

Cytogenetic bioassays as tools to distinguish between toxic and non-toxic varieties of Jatropha curcas (Euphorbiaceae)

Abstract The tropical and subtropical naturalized physic nut (Jatropha curcas L.), has been explored for biodiesel production in recent times. The oil is extracted from the seeds and, for the production to be feasible, utilization of the residual seed cake is crucial. Although the cake could be employed as a protein source in animal feed, it is rich in phorbol ester, which is toxic for animals. Therefore, breeding programs have been working to reduce or eliminate the phorbol ester content in physic nut. In this context, the present work aimed to evaluate the physic nut oil of toxic and non-toxic varieties (containing known or undetectable amounts of phorbol ester, respectively) with regards to phytotoxicity in a model experiment with Lactuca sativa L. For this, the percentage of germinated seeds was evaluated after 8, 16, 24, 36 and 48 hours of exposure to the treatments with toxic and non-toxic oil at concentrations of 22.5 %, 45 % and 67.5 % of emulsion (physic nut oil energetically mixed with distilled water). Root growth was determined after 48 hours of exposure and the germination speed index was obtained. The different stages of mitotic division as well as possible chromosomal and nuclear alterations were also recorded. The mitotic index was calculated as the number of dividing cells, as a fraction of the total number of cells, and the frequency of chromosome and nuclear alterations, expressed as the percentage of number of alterations divided by the total number of cells. Both varieties exhibited phytotoxicity, inducing significant reductions in percentage of germinated seeds (reduction of 98 %), germination speed index (reduction of 24.44) and root growth (reduction of 8.54 mm). In microscopic analysis, a mitodepressive effect was observed for both oils at the three concentrations used when compared to the negative control; however, it was possible to distinguish between the toxic and the non-toxic varieties based on the more expressive reduction of division promoted by the first, 2.19 %. Significant increments in the frequency of mitotic cells showing chromosome alterations as well, as the presence of condensed nuclei, were observed in the treated cells. However, these parameters were not significantly different from the control in the cells treated with both physic nut oils. In conclusion, the evaluation of root growth and cell division in the plant model L. sativa, can be proposed as an alternative to animal tests to distinguish the varieties with high and low phorbol ester concentration, thus contributing to the detection of toxicity in varieties used in breeding programs.

Resumen Jatropha curcas L., naturalizado tropical y subtropical, ha sido explorado para la producción de biodiesel. El aceite se extrae de las semillas y, para que la producción sea factible, la utilización de la torta de semillas residual es crucial. Aunque la torta se puede emplear como una fuente de proteína en la alimentación animal, es rica en éster de forbol, que es tóxico para los animales. Por lo tanto, los programas de mejoramiento han procurado reducir o eliminar el contenido de éster de forbol de J. curcas. En este contexto, el presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el aceite de J. curcas de las variedades tóxicas y no tóxicas (con cantidades conocidas o indetectables de éster de forbol, respectivamente) con respecto a la fitotoxicidad en el modelo Lactuca sativa L. El porcentaje de semillas germinadas se evaluó después de 8, 16, 24, 36 y 48 horas de tratamiento. El crecimiento de la raíz se determinó después de 48 horas de exposición y se obtuvo el índice de velocidad de germinación. Se registraron las diferentes etapas de la división mitótica así como posibles alteraciones cromosómicas y nucleares. El índice mitótico se calculó como el número de células en división como una fracción del número total de células y la frecuencia de las alteraciones cromosómicas y nucleares, expresada como el porcentaje del número de alteraciones dividido entre el número total de células. Ambas variedades exhibieron fitotoxicidad, induciendo reducciones significativas en el porcentaje de semillas germinadas (Reducción del 98 %), índice de velocidad de germinación (Reducción de 24.44) y crecimiento de raíces (Reducción de 8.54 mm). En el análisis microscópico, se observó un efecto mitodepresivo para ambos aceites. Sin embargo, fue posible distinguir entre las variedades tóxicas y las no tóxicas basándose en la reducción más expresiva de la división promovida por la primera, 2.19 %. Se observaron incrementos significativos en la frecuencia de células mitóticas que mostraban alteraciones cromosómicas, así como la presencia de núcleos condensados en las células tratadas. Sin embargo, estos parámetros no fueron significativamente diferentes del control en las células tratadas con ambos aceites de J. curcas. En conclusión, la evaluación del crecimiento de las raíces y la división celular en el modelo L. sativa se puede proponer como una alternativa a las pruebas en animales para distinguir las variedades con concentraciones altas y bajas de éster de forbol, contribuyendo así a la detección de toxicidad en variedades utilizadas en programas de mejoramiento genético.

Phytotoxicity and cytotoxicity of Lepidaploa rufogrisea (Asteraceae) extracts in the plant model Lactuca sativa (Asteraceae) / Fitotoxicidad y citotoxicidad de los extractos de Lepidaploa rufogrisea (Asteraceae) en la planta modelo Lactuca sativa (Asteraceae)

AbstractLepidaploa rufogrisea is a promising candidate in the search of natural herbicides, with compounds (sesquiterpene lactones-glaucolide B) which have been reported to present phytotoxic potential against weeds. Thus, this work aimed to accomplish the phytochemical investigation of L. rufogrisea as well as the evaluation of its biological effects on the plant model Lactuca sativa. To this end, different extracts (aqueous, hydroalcoholic and hexane) of L. rufogrisea at different concentrations [0.25, 0.5, 1.0, 2.0 and 4.0 % (m/v)] were evaluated from macroscopic (percentage of germinated seeds, germination speed index and root length) and microscopic analysis (mitotic index and cell cycle alterations) in plantlets (150 per treatment) and meristematic cells (10 000 per treatment) of L. sativa var. Cristina. The extracts decreased the germination speed index and also the root growth of L. sativa plantlets. Cell proliferation was not significantly affected by the extracts. However, some chromosome and nuclear alterations in the mitotic spindle were observed, due to the interference of allelochemicals present in L. rufogrisea. Moreover, the plant model L. sativa demonstrated to be efficient for this kind of studies.

ResumenLepidaploa rufogrisea es una candidata prometedora en la búsqueda de herbicidas naturales, con compuestos (lactano sesquiterpeno- glaucolíde B) los cuales han sido reportados por presentar un potencial fitotóxico contra las malas hierbas. Por lo tanto, este trabajo tuvo como objetivo lograr la investigación fitoquímica de L. rufogrisea, así como también la evaluación de sus efectos biológicos sobre el modelo de planta Lactuca sativa L. Para esto, diferentes extractos (acuosos, hidroalcohólicos y hexanos) de L. rufogrisea fueron evaluados. El porcentaje de semillas germinadas, el índice de velocidad de germinación y la longitud de raíz de plántulas de L. sativa var. Cristina fueron evaluadas, así como también la citotoxicidad de los extractos en las células meristemáticas. Los extractos disminuyeron el índice de velocidad de germinación y también el crecimiento de las raíces de las plántulas de L. sativa. La proliferación celular no se vio significativamente afectada por los extractos. Sin embargo, se observaron alteraciones cromosómicas y nucleares, debido a la interferencia de los aleloquímicos presentes en L. rufogrisea en el huso mitótico. Además, el modelo de planta L. sativa demostró ser eficiente para tales estudios.

ALLELOPATHIC POTENTIAL OF Serjania lethalis: EVIDENCE FROM Sesamum indicum / Potencial alelopático de Serjania lethalis: evidencias sobre Sesamun indicum

This study was designed to test the effect of different fractions of ethanolic extracts of young (y) and mature (m) leaves of Serjania lethalis A. St- Hil (Sapindaceae) on sesame (Sesamum indicum L.) seedling growth and metaxylem cells. Crude ethanolic extracts were prepared from the powder of young and mature S. lethalis leaves and fractionated by means of column chromatography. For the seedling growth bioassay, sesame seeds germinated at concentrations of 0.8, 0.4 and 0.2 mg mL-1 were used. After seven days, the lengths of the aerial part and of the primary root were measured. The sesame metaxylem cell growth bioassay was performed with seedlings grown in solutions containing the different fractions in the same concentrations as above. The tested fractions (Fy2; Fy3; Fy5 e Fm1) showed inhibitory activity on seedling growth, interfering mainly in root growth. The fraction Fy5 showed similar activity to the one caused by the herbicide Oxyfluorfen. This fraction was also responsible for causing the greatest inhibition of metaxylem cell growth in sesame roots at the concentration 0.8 mg mL-1. The results permitted to conclude that the different fractions found in the ethanolic extract of S. lethalis young leaves are promising sources of substances with phytotoxic properties.

El efecto de fracciones de extractos etanólicos de hojas jóvenes (y) y maduras (m) de Serjania lethalis A. St - Hil (Sapindaceae) fueron probados sobre el crecimiento de las plántulas y células de metaxilema de sésamo (Sesamum indicum L.). Los extractos etanólicos fueron preparados a partir del polvo de hojas jóvenes y maduras de S. lethalis y fraccionados por cromatografía en columna. Para el bioensayo de crecimiento de las plántulas germinadas se utilizaron semillas de sésamo y se mantuvo en contacto con las fracciones (F) en concentraciones de 0,8 , 0,4 y 0,2 mg mL-1. Después de siete días se midió la longitud del tallo principal y raíz. El bioensayo de crecimiento celular do metaxilema se realizó utilizando plántulas de sésamo cultivadas en soluciones que contienen fracciones en las mismas concentraciones. Los resultados indican que las fracciones ensayadas (Fy2 ; Fy3 ;Fy5 y Fm1) mostraron actividad en el crecimiento de las plántulas al interferir principalmente en crecimiento de la raíz. La fracción Fy5 mostró actividad similar a la causada por la actividad herbicida Oxyfluorofen. La misma fracción produjo la mayor inhibición del crecimiento celular de las raíces del metaxilema de sésamo a una concentración de 0,8 mg mL- 1. A partir del análisis de los resultados se concluyó que las fracciones de extracto etanolico de las hojas jóvenes son prometedoras fuentes de sustancias con propiedades fitotoxicas.

Germination inhibitory activity of selected plants from Central South of Chile / Actividad inhibitoria de la germinación de plantas seleccionadas del Centro-Sur de Chile

Methanol extract obtained from aerial parts of 24 selected plants from Central Valley and Pre-andean foothill from Ñuble Province of Chile were tested for its inhibitory germination activity against Trifolium repens and Raphanus sativus. Many extracts (13/24 = 54 percent) showed inhibition of T. repens germination with IG percent > 50 percent, but none on R. sativus.

Extractos metanólicos obtenidos de partes aéreas de 24 plantas seleccionadas del valle central y preandino de la Provincia de Ñuble-Chile, fueron ensayados para determinar su capacidad inhibitoria sobre la germinación de semillas de Trifolium repens y Raphanus sativus. Los extractos (13/24 = 54 por ciento) muestran actividad inhibitoria de la germinación de semillas de T. repens con un IG por ciento>50 por ciento, pero no tienen actividad significativa sobre R. sativus.

Crecimiento de Casuarina equisetifolia (Casuarinaceae) en suelo con diésel, y aplicación de bioestimulación y bioaumentación / Casuarina equisetifolia (Casuarinaceae) growth in soil with diesel and application of biostimulation and bioaugmentation

Phytoremediation is an ecologically sound biotechnology directed to cleaning up contaminated soils. The study of tree species to treat petroleum contaminated soils is scarce; moreover, the combination of phytoremediation with bioaugmentation and biostimulation processes is also limited. Thus, this work evaluated the effects of the inoculation of Glomus intraradices, a bacterial consortium (M2BOS1-R2 and M2BOSI-F4) and Trichoderma viride, on the growth of Casuarina equisetifolia, fertilized with Floranid® or Triple 17, when sown in a diesel-contaminated soil (7 500mg/kg). The factorial experiment 2x5x3 included 30 treatments with 10 replicates in a completely randomized design under greenhouse conditions for 120 days. Diesel significantly diminished plant height, total biomass, and plant index quality (PIQ). Glomus or bacterial consortium significantly increased plant height, total biomass and PIQ when compared to the inoculation of the three microorganisms or to the control. Floranid had negative effects on plant growth and PIQ at diesel contamination. Fertilization with Triple 17 combined with the three microorganisms stimulated plant growth in the absence of diesel, whereas in the presence of this contaminant the treatments combining Triple 17 with the bacterial consortium or with Trichoderma had better plant growth and PIQ. Mycorrhizal colonization was inhibited due to diesel contamination, and especially when Floranid was applied. The fertilizer Triple 17 (biostimulation) combined with the beneficial microorganisms (bioaugmentation) improved growth responses of C. equisetifolia in diesel-contaminated soil.

La fitorremediación es una biotecnología ecológicamente racional que está dirigida a la limpieza de suelos contaminados; sin embargo, el estudio de especies arbóreas para la fitorremediación de suelos con hidrocarburos del petróleo es limitado. Más aún, la combinación de la fitorremediación con procesos de bioaumentación y bioestimulación es también limitada. Por lo anterior, este estudio evaluó el efecto de la inoculación de Glomus intraradices, un consorcio bacteriano (M2BOS1-R2 y M2BOSI-F4) y Trichoderma viride en el crecimiento de plantas de Casuarina equisetifolia L. fertilizadas con Floranid® o Triple 17, en suelo contaminado con diésel (7 500mg/kg). El experimento factorial 2x5x3 incluyó 30 tratamientos y 10 repeticiones, distribuidos completamente al azar en invernadero, durante 120 días. El diésel disminuyó significativamente la altura, la biomasa total y el índice de calidad (ICP) de planta. Glomus o las bacterias aumentaron significativamente la altura, la biomasa seca total y el ICP con respecto al tratamiento sin inocular o con la triple inoculación. El Floranid redujo el crecimiento vegetal y el ICP, en presencia de diésel. El Triple 17 combinado con los tres microorganismos produjo mayor crecimiento vegetal en ausencia de contaminación, pero en presencia de diésel, el Triple 17 combinado con bacterias o con Trichoderma, estimuló la biomasa seca total y el ICP. La colonización micorrízica fue inhibida por el diesel, especialmente con la fertilización del Floranid. El Triple 17 (bioestimulación) combinado con los microorganismos (bioaumentación), favoreció el crecimiento de Casuarina en suelo contaminado con diésel.

Biodegradation of phenol in static cultures by Penicillium chrysogenum ERK1: catalytic abilities and residual phototoxicity / Biodegradación de fenol en cultivos estáticos por Penicillium chrysogenum ERK1: habilidades catalíticas y fitotoxicidad residual

A phenol-degrading fungus was isolated from crop soils. Molecular characterization (using internal transcribed spacer, translation elongation factor and beta-tubulin gene sequences) and biochemical characterization allowed to identify the fungal strain as Penicillium chrysogenum Thorn ERK1. Phenol degradation was tested at 25 °C under resting mycelium conditions at 6, 30, 60, 200, 350 and 400 mg/l of phenol as the only source of carbon and energy. The time required for complete phenol degradation increased at different initial phenol concentrations. Maximum specific degradation rate (0.89978 mg of phenol/day/mg of dry weight) was obtained at 200 mg/l. Biomass yield decreased at initial phenol concentrations above 60 mg/l. Catechol was identified as an intermediate metabolite by HPLC analysis and catechol dioxygenase activity was detected in plate assays, suggesting that phenol metabolism could occur via ortho fission of catechol. Wheat seeds were used as phototoxicity indicators of phenol degradation products. It was found that these products were not phytotoxic for wheat but highly phytotoxic for phenol. The high specific degradation rates obtained under resting mycelium conditions are considered relevant for practical applications of this fungus in soil decontamination processes.

Un aislamiento fúngico capaz de degradar fenol como única fuente de carbono y energía fue aislado de suelos agrícolas. La caracterización molecular (basada en el empleo de secuencias de espaciadores de transcriptos internos, de factores de la elongación de la traducción y del gen de la beta-tubulina) y la caracterización bioquímica permitieron identificar a esta cepa como Penicillium chrysogenum Thom ERK1. Se estudió la degradación de fenol a 25 °C en cultivos estáticos con 6, 30, 60, 200, 350 y 400 mg/l de fenol inicial. El tiempo requerido para completar la degradación de fenol aumentó al elevarse las concentraciones iniciales de dicho compuesto. La máxima tasa de degradación específica (0,89978 mg de fenol/día/mg de peso seco) se obtuvo con 200 mg/l. El rendimiento en biomasa disminuyó con concentraciones Iniciales de fenol mayores de 60 mg/l. Se identificó al catecol como intermediarlo metabolico por HPLC y se observó actividad de catecol dioxigenasa en placa, lo que sugiere que el metabolismo de degradación del fenol ocurre vía orto fisión del catecol. Se utilizaron semillas de trigo como indicadores de fitotoxicidad de los productos de degradación. Estos productos no fueron fitotóxicos para trigo, mientras que el fenol mostró una alta fitotoxicidad. La alta tasa de degradación específica obtenida en condiciones estáticas resulta de gran interés para la aplicación de este hongo en procesos de descontaminación de suelos.

EVALUACIÓN DE LA BIOACUMULACIÓN Y TOXICIDAD DE CADMIO Y MERCURIO EN PASTO LLANERO (Brachiaria dictyoneura) / BIOACCUMULATION AND TOXICITY EVALUATION OF CADMIUM AND MERCURY IN LLANERO GRASS (Brachiaria dictyoneura)

Se estudia la transferencia de mercurio y cadmio desde el sistema suelo hacia Brachiaria dictyoneura en función de la capacidad bioindicadora y bioacumuladora. Durante la evaluación de cadmio en B. dictyoneura se observó una disminución en el crecimiento del 65%. La toxicidad de cadmio se correlaciona con la acumulación consecutiva del catión durante el tiempo de monitoreo. En el tratamiento con mercurio, a partir de los 30 días de exposición, se observó disminución en el contenido del catión en la planta, presentando posiblemente fitorreducción de mercurio Hg2+ a Hg0 y posterior evaporación. La tolerancia y la capacidad acumuladora de B. dictyoneura podrían ser utilizadas para fitoremediación en sitios co-contaminados por Cd y Hg.

The transfer of mercury and cadmium in Brachiaria dictyoneura was studied in terms of bioaccumulative capacity and as a bioindicator. During the evaluation cadmium in B. dictyoneura show a decrease of 65%. The toxicity of cadmium was correlated with the consecutive accumulation of the cation during the monitoring time. With respect to mercury, a decrease in cation content in the plant was observed 30 days after exposure, presenting possible phytoreductión of mercury ion Hg2+ to Hg0 in B. dictyoneura and subsequent evaporation. The tolerance and accumulator capacity of B. dictyoneura could be used for phytoremediation of sites co-contaminated with Cd and Hg.