Simple procedure for nutrient analysis of coffee plant with energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EDXRF)

Nutrient analysis is used to estimate nutrient content of crop plants to manage fertilizer application for sustained crop production. Direct solid analysis of agricultural and environmental samples by energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EDXRF) was chosen as alternative technique to evaluate the simultaneous multielemental quantification of the most important essential elements in coffee (Coffea arabica L.) plants. Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry and certified reference materials made from leaves were used to calibrate and check the trueness of EDXRF method for the determination of the concentration of several nutrients in coffee leaves and branches. Fluorescence spectrometry proved to be advantageous and presented low cost as loose powder samples could be used. Samples collected from a field experiment where coffee plants were treated with excess of Ni and Zn were used to verify the practical application of the method. Good relationships were achieved between certified values and data obtained by EDXRF, with recoveries ranging from 82 to 117 %.

Use of non-hyperaccumulator plant species for the phytoextraction of heavy metals using chelating agents

Soil contamination by heavy metals is a challenge faced by many countries, and engineering technologies to solve this problem are expensive and can cause negative impacts on the environment. One way to minimise the levels of heavy metals in the soil is to use plants that can absorb and accumulate heavy metals into harvestable parts, a process called phytoextraction. Typical plant species used in research involving phytoextraction are heavy metal hyperaccumulators, but plants from this group are not good biomass producers and grow more slowly than most species; thus, they have an important role in helping scientists understand the mechanisms involved in accumulating high amounts of heavy metals without developing symptoms or dying. However, because of their slow growth, it is not practical to use these species for phytoextraction. An alternative approach is to use non-hyperaccumulator plants assisted by chelating agents, which may improve the ability of plants to accumulate more heavy metals than they would naturally. Chelating agents can be synthetic or organic acids, and the advantages and disadvantages of their use in improving the phytoextraction potential of non-hyperaccumulator plants are discussed in this article. We hope to draw attention to ways to improve the phytoextraction potential of non-hyperaccumulator plants that produce a large amount of biomass and to stimulate more research on phytoextraction-inducing substances.

Use of non-hyperaccumulator plant species for the phytoextraction of heavy metals using chelating agents

Soil contamination by heavy metals is a challenge faced by many countries, and engineering technologies to solve this problem are expensive and can cause negative impacts on the environment. One way to minimise the levels of heavy metals in the soil is to use plants that can absorb and accumulate heavy metals into harvestable parts, a process called phytoextraction. Typical plant species used in research involving phytoextraction are heavy metal hyperaccumulators, but plants from this group are not good biomass producers and grow more slowly than most species; thus, they have an important role in helping scientists understand the mechanisms involved in accumulating high amounts of heavy metals without developing symptoms or dying. However, because of their slow growth, it is not practical to use these species for phytoextraction. An alternative approach is to use non-hyperaccumulator plants assisted by chelating agents, which may improve the ability of plants to accumulate more heavy metals than they would naturally. Chelating agents can be synthetic or organic acids, and the advantages and disadvantages of their use in improving the phytoextraction potential of non-hyperaccumulator plants are discussed in this article. We hope to draw attention to ways to improve the phytoextraction potential of non-hyperaccumulator plants that produce a large amount of biomass and to stimulate more research on phytoextraction-inducing substances.

Simple procedure for nutrient analysis of coffee plant with energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EDXRF)

Nutrient analysis is used to estimate nutrient content of crop plants to manage fertilizer application for sustained crop production. Direct solid analysis of agricultural and environmental samples by energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EDXRF) was chosen as alternative technique to evaluate the simultaneous multielemental quantification of the most important essential elements in coffee (Coffea arabica L.) plants. Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry and certified reference materials made from leaves were used to calibrate and check the trueness of EDXRF method for the determination of the concentration of several nutrients in coffee leaves and branches. Fluorescence spectrometry proved to be advantageous and presented low cost as loose powder samples could be used. Samples collected from a field experiment where coffee plants were treated with excess of Ni and Zn were used to verify the practical application of the method. Good relationships were achieved between certified values and data obtained by EDXRF, with recoveries ranging from 82 to 117 %.

Seed priming with hormones does not alleviate induced oxidative stress in maize seedlings subjected to salt stress

Seed priming with hormones has been an efficient method for increasing seed vigor as well as seedling growth under stressful conditions. These responses have in the past been attributed to the activation of antioxidant systems in a range of crops. The results described in this work show that hormonal priming with methyl jasmonate, salicylic acid or CEPA (chloroethylphosphonic acid), an ethylene (ET) releaser, does not induce the antioxidant activity of superoxide dismutase, catalase, ascorbate peroxidase or glutathione reductase in maize seedlings subjected to salt stress. The enhanced biomass of maize seedlings under salt stress that was observed only from ET priming indicates that the stress tolerance in maize from ethylene priming is a fundamental process for stress tolerance acquisition, which is explained, however, by other biochemical mechanisms but not by changes in the antioxidant system.

Seed priming with hormones does not alleviate induced oxidative stress in maize seedlings subjected to salt stress

Seed priming with hormones has been an efficient method for increasing seed vigor as well as seedling growth under stressful conditions. These responses have in the past been attributed to the activation of antioxidant systems in a range of crops. The results described in this work show that hormonal priming with methyl jasmonate, salicylic acid or CEPA (chloroethylphosphonic acid), an ethylene (ET) releaser, does not induce the antioxidant activity of superoxide dismutase, catalase, ascorbate peroxidase or glutathione reductase in maize seedlings subjected to salt stress. The enhanced biomass of maize seedlings under salt stress that was observed only from ET priming indicates that the stress tolerance in maize from ethylene priming is a fundamental process for stress tolerance acquisition, which is explained, however, by other biochemical mechanisms but not by changes in the antioxidant system.

Inibição da ação do etileno retarda o desenvolvimento de injúrias de frio em tangor 'Murcott'

The blockage of ethylene-dependent signaling may affect the quality of tropical fruit in a positive or negative way after cold storage. Hence, the role of ethylene on chilling injury in tangor 'Murcott' and the responses related to injuries resistance were the aims of this study. Fruit were treated for 12h with 500nL L-1 of 1 methylcyclopropene (1-MCP) or immersed into solutions containing 2000nL L-1 ethephon or salicylic acid for 5min before storage at 1°C for 90 days. As a control fruit were stored at 1°C. Chilling injury symptoms were anticipated and intensified when fruit were treated with ethephon or salicylic acid. On the other hand, the ethylene inhibition by 1-MCP delayed symptoms and resulted in the lowest injury index and percentage of fruit decay at the end of storage. At 45 days the superoxide dismutase (SOD) activity was intensified, however, in lower intensity in salicylic acid treated fruit. Afterwards, SOD activity decrease in all the treatments, though at 90 days the intensity was slightly superior to that at the initial 30 days of storage. During storage period it were not observed significantly alterations in putrescine (Put) and spermine (Spm) levels in flavedo tissues. In contrast, spermidine (Spm) levels were more affected by chilling stress.

O bloqueio de eventos dependentes da sinalização do etileno pode afetar de maneira positiva ou negativa a qualidade de frutos tropicais após o armazenamento refrigerado. Dessa forma, os objetivos do presente trabalho foram estudar o envolvimento do etileno no desenvolvimento de injúrias de frio em tangor 'Murcott' e avaliar as respostas envolvidas no processo de resistência às injúrias. Os frutos foram expostos a 500nL L-1 de 1-metilciclopropeno (1-MCP) durante 12 horas ou imersos em soluções contendo 2000nL L-1 de ethephon ou ácido salicílico durante cinco minutos antes de serem armazenados a 1°C, por 90 dias. Como controle, parte dos frutos foi armazenada a 1°C. O tratamento de frutos com ethephon ou ácido salicílico antecipou e intensificou as injúrias de frio. Por outro lado, a inibição do etileno pelo 1-MCP retardou o surgimento dos sintomas e resultou em menor índice de injúrias e percentual de frutos podres ao final do armazenamento. A atividade da superóxido dismutase (SOD) foi intensificada aos 45 dias, contudo em menor intensidade nos frutos tratados com ácido salicílico. Nas avaliações subsequentes, houve decréscimo na atividade da SOD em todos os tratamentos, porém aos 90 dias a intensidade manteve-se levemente superior à observada nos primeiros 30 dias de armazenamento. Os teores de putrescina (Put) e espermina (Spm), no flavedo dos frutos, não sofreram significativa alteração durante o armazenamento. Em contrapartida, os teores de espermidina (Spd) foram mais afetados pelo estresse ocasionado pelo frio.

Automatic controller to water plants

Despite the massive demand of water for plant irrigation, there are few devices being used in the automation of this process in agriculture. This work evaluates a simple controller to water plants automatically that can be set up with low cost commercial materials, which are large-scale produced. This controller is composed by a ceramic capsule used in common domestic water filters; a plastic tube around 1.5 m long, and a pressostate used in domestic washing machines. The capsule and the pressostate are connected through the tube so that all parts are filled with water. The ceramic capsule is the sensor of the controller and has to be placed into the plant substrate. The pressostate has to be placed below the sensor and the lower it is, the higher is the water tension to start the irrigation, since the lower is the pressostate the higher is the water column above it and, therefore, the higher is the tension inside the ceramic cup to pull up the water column. The controller was evaluated in the control of drip irrigation for small containers filled with commercial organic substrate or soil. Linear regressions explained the relationship between the position of pressostate and the maximum water tension in the commercial substrate (p 0.0054) and soil (p 0.0001). Among the positions of the pressostate from 0.30 to 0.90 m below the sensor, the water tension changed from 1 to 8 kPa for commercial substrate and 4 to 13 kPa for the soil. This simple controller can be useful to grow plants, applying water automatically in function of the water tension of the plant substrate.

A despeito da enorme demanda por água na irrigação de plantas, existem poucos aparelhos para automação deste processo sendo usados na agricultura. Avaliou-se um acionador automático para irrigação, o qual pode ser confeccionado com materiais comerciais de baixo custo, pois são produzidos em larga escala. Este acionador é composto por uma cápsula cerâmica usada em filtros de água domésticos; um tubo plástico com cerca de um metro e meio de comprimento e um pressostato de máquinas de lavar roupas domésticas. A cápsula e o pressostato são conectados pelo tubo de forma que todo o espaço interno seja preenchido com água. A cápsula é o sensor do acionador e deve ser posicionada dentro do substrato das plantas. O pressostato deve ser posicionado abaixo do sensor e quanto mais baixo ele estiver, maior é a tensão da água que aciona a irrigação, pois quanto mais baixo estiver o pressostato, maior é a coluna de água acima do mesmo e, portanto, maior é a tensão na cápsula cerâmica para puxar para cima a coluna de água. O acionador foi avaliado no controle da irrigação por gotejamento em pequenos potes preenchidos com substrato orgânico comercial ou solo. Regressões lineares explicaram a relação entre a posição do pressostato e a tensão máxima no substrato comercial (p 0,0054) e no solo (p 0,0001). Entre as posições do pressostato de 0,30 a 0,90 m abaixo do sensor, a tensão da água variou de 1 a 8 kPa para o substrato comercial e de 4 a 13 kPa para o solo. Este simples acionador pode ser útil para cultivar plantas, aplicando água automaticamente em função da tensão da água no substrato das plantas.

Inibição da ação do etileno retarda o desenvolvimento de injúrias de frio em tangor 'Murcott'

The blockage of ethylene-dependent signaling may affect the quality of tropical fruit in a positive or negative way after cold storage. Hence, the role of ethylene on chilling injury in tangor 'Murcott' and the responses related to injuries resistance were the aims of this study. Fruit were treated for 12h with 500nL L-1 of 1 methylcyclopropene (1-MCP) or immersed into solutions containing 2000nL L-1 ethephon or salicylic acid for 5min before storage at 1°C for 90 days. As a control fruit were stored at 1°C. Chilling injury symptoms were anticipated and intensified when fruit were treated with ethephon or salicylic acid. On the other hand, the ethylene inhibition by 1-MCP delayed symptoms and resulted in the lowest injury index and percentage of fruit decay at the end of storage. At 45 days the superoxide dismutase (SOD) activity was intensified, however, in lower intensity in salicylic acid treated fruit. Afterwards, SOD activity decrease in all the treatments, though at 90 days the intensity was slightly superior to that at the initial 30 days of storage. During storage period it were not observed significantly alterations in putrescine (Put) and spermine (Spm) levels in flavedo tissues. In contrast, spermidine (Spm) levels were more affected by chilling stress.

O bloqueio de eventos dependentes da sinalização do etileno pode afetar de maneira positiva ou negativa a qualidade de frutos tropicais após o armazenamento refrigerado. Dessa forma, os objetivos do presente trabalho foram estudar o envolvimento do etileno no desenvolvimento de injúrias de frio em tangor 'Murcott' e avaliar as respostas envolvidas no processo de resistência às injúrias. Os frutos foram expostos a 500nL L-1 de 1-metilciclopropeno (1-MCP) durante 12 horas ou imersos em soluções contendo 2000nL L-1 de ethephon ou ácido salicílico durante cinco minutos antes de serem armazenados a 1°C, por 90 dias. Como controle, parte dos frutos foi armazenada a 1°C. O tratamento de frutos com ethephon ou ácido salicílico antecipou e intensificou as injúrias de frio. Por outro lado, a inibição do etileno pelo 1-MCP retardou o surgimento dos sintomas e resultou em menor índice de injúrias e percentual de frutos podres ao final do armazenamento. A atividade da superóxido dismutase (SOD) foi intensificada aos 45 dias, contudo em menor intensidade nos frutos tratados com ácido salicílico. Nas avaliações subsequentes, houve decréscimo na atividade da SOD em todos os tratamentos, porém aos 90 dias a intensidade manteve-se levemente superior à observada nos primeiros 30 dias de armazenamento. Os teores de putrescina (Put) e espermina (Spm), no flavedo dos frutos, não sofreram significativa alteração durante o armazenamento. Em contrapartida, os teores de espermidina (Spd) foram mais afetados pelo estresse ocasionado pelo frio.

Inibição da ação do etileno retarda o desenvolvimento de injúrias de frio em tangor 'Murcott'

The blockage of ethylene-dependent signaling may affect the quality of tropical fruit in a positive or negative way after cold storage. Hence, the role of ethylene on chilling injury in tangor 'Murcott' and the responses related to injuries resistance were the aims of this study. Fruit were treated for 12h with 500nL L-1 of 1 methylcyclopropene (1-MCP) or immersed into solutions containing 2000nL L-1 ethephon or salicylic acid for 5min before storage at 1°C for 90 days. As a control fruit were stored at 1°C. Chilling injury symptoms were anticipated and intensified when fruit were treated with ethephon or salicylic acid. On the other hand, the ethylene inhibition by 1-MCP delayed symptoms and resulted in the lowest injury index and percentage of fruit decay at the end of storage. At 45 days the superoxide dismutase (SOD) activity was intensified, however, in lower intensity in salicylic acid treated fruit. Afterwards, SOD activity decrease in all the treatments, though at 90 days the intensity was slightly superior to that at the initial 30 days of storage. During storage period it were not observed significantly alterations in putrescine (Put) and spermine (Spm) levels in flavedo tissues. In contrast, spermidine (Spm) levels were more affected by chilling stress.

O bloqueio de eventos dependentes da sinalização do etileno pode afetar de maneira positiva ou negativa a qualidade de frutos tropicais após o armazenamento refrigerado. Dessa forma, os objetivos do presente trabalho foram estudar o envolvimento do etileno no desenvolvimento de injúrias de frio em tangor 'Murcott' e avaliar as respostas envolvidas no processo de resistência às injúrias. Os frutos foram expostos a 500nL L-1 de 1-metilciclopropeno (1-MCP) durante 12 horas ou imersos em soluções contendo 2000nL L-1 de ethephon ou ácido salicílico durante cinco minutos antes de serem armazenados a 1°C, por 90 dias. Como controle, parte dos frutos foi armazenada a 1°C. O tratamento de frutos com ethephon ou ácido salicílico antecipou e intensificou as injúrias de frio. Por outro lado, a inibição do etileno pelo 1-MCP retardou o surgimento dos sintomas e resultou em menor índice de injúrias e percentual de frutos podres ao final do armazenamento. A atividade da superóxido dismutase (SOD) foi intensificada aos 45 dias, contudo em menor intensidade nos frutos tratados com ácido salicílico. Nas avaliações subsequentes, houve decréscimo na atividade da SOD em todos os tratamentos, porém aos 90 dias a intensidade manteve-se levemente superior à observada nos primeiros 30 dias de armazenamento. Os teores de putrescina (Put) e espermina (Spm), no flavedo dos frutos, não sofreram significativa alteração durante o armazenamento. Em contrapartida, os teores de espermidina (Spd) foram mais afetados pelo estresse ocasionado pelo frio.

Automatic controller to water plants

Despite the massive demand of water for plant irrigation, there are few devices being used in the automation of this process in agriculture. This work evaluates a simple controller to water plants automatically that can be set up with low cost commercial materials, which are large-scale produced. This controller is composed by a ceramic capsule used in common domestic water filters; a plastic tube around 1.5 m long, and a pressostate used in domestic washing machines. The capsule and the pressostate are connected through the tube so that all parts are filled with water. The ceramic capsule is the sensor of the controller and has to be placed into the plant substrate. The pressostate has to be placed below the sensor and the lower it is, the higher is the water tension to start the irrigation, since the lower is the pressostate the higher is the water column above it and, therefore, the higher is the tension inside the ceramic cup to pull up the water column. The controller was evaluated in the control of drip irrigation for small containers filled with commercial organic substrate or soil. Linear regressions explained the relationship between the position of pressostate and the maximum water tension in the commercial substrate (p 0.0054) and soil (p 0.0001). Among the positions of the pressostate from 0.30 to 0.90 m below the sensor, the water tension changed from 1 to 8 kPa for commercial substrate and 4 to 13 kPa for the soil. This simple controller can be useful to grow plants, applying water automatically in function of the water tension of the plant substrate.

A despeito da enorme demanda por água na irrigação de plantas, existem poucos aparelhos para automação deste processo sendo usados na agricultura. Avaliou-se um acionador automático para irrigação, o qual pode ser confeccionado com materiais comerciais de baixo custo, pois são produzidos em larga escala. Este acionador é composto por uma cápsula cerâmica usada em filtros de água domésticos; um tubo plástico com cerca de um metro e meio de comprimento e um pressostato de máquinas de lavar roupas domésticas. A cápsula e o pressostato são conectados pelo tubo de forma que todo o espaço interno seja preenchido com água. A cápsula é o sensor do acionador e deve ser posicionada dentro do substrato das plantas. O pressostato deve ser posicionado abaixo do sensor e quanto mais baixo ele estiver, maior é a tensão da água que aciona a irrigação, pois quanto mais baixo estiver o pressostato, maior é a coluna de água acima do mesmo e, portanto, maior é a tensão na cápsula cerâmica para puxar para cima a coluna de água. O acionador foi avaliado no controle da irrigação por gotejamento em pequenos potes preenchidos com substrato orgânico comercial ou solo. Regressões lineares explicaram a relação entre a posição do pressostato e a tensão máxima no substrato comercial (p 0,0054) e no solo (p 0,0001). Entre as posições do pressostato de 0,30 a 0,90 m abaixo do sensor, a tensão da água variou de 1 a 8 kPa para o substrato comercial e de 4 a 13 kPa para o solo. Este simples acionador pode ser útil para cultivar plantas, aplicando água automaticamente em função da tensão da água no substrato das plantas.

Diallelic analysis for lysine and oil contents in maize grains

Six S5 lines of maize, with differences for lysine and oil contents in grains, were used to carry out a complete series of diallelic crosses. The resulting 15 hybrids were grown in a field at two nitrogen levels (10 and 130 kg N ha-1). The general combining ability (GCA) and specific combining ability (SCA) were obtained by using the method 4, model I of Griffing for grain yield, and grain lysine and oil contents. Significant (p 0.001) interaction was observed between GCA and N levels for grain yield, indicating the selection of different lines for each N level. This interaction was not significant for lysine content, but there were significant effects of GCA for this trait at both N levels (p 0.1). Significant effects were not observed for GCA or SCA for oil content, however a positive correlation was observed between lysine and oil contents in the hybrids, in the lines and even in the control cultivars. The results indicate the effectiveness of selection for lysine content, irrespective of N level, in the studied non-opaque maize lines, and the possibility of achieving both high lysine and oil content in grains.

Seis linhagens S5 de milho, com diferenças para conteúdos de óleo e de lisina nos grãos, foram usadas para realizar uma série completa de cruzamentos dialélicos. Os 15 híbridos resultantes foram cultivados em campo com dois níveis de nitrogênio (10 e 130 kg N ha-1). A capacidade geral de combinação (CGC) e a capacidade específica de combinação (CEC) foram obtidas com o método 4, modelo I de Griffing para produtividade de grãos e concentração de lisina e óleo nos grãos. Interação significativa (p 0.001) foi observada entre CGC e níveis de N para produtividade de grãos, indicando seleção de diferentes linhagens para cada nível de N. Esta interação não foi significativa para conteúdo de lisina, mas existiu efeito significativo (p 0.1) da CGC nos dois níveis de N para esta variável. Os efeitos de CGC e CEC foram não significativos para conteúdo de óleo, contudo, foi observada correlação positiva entre conteúdos de lisina e óleo nos híbridos, nas linhagens e mesmo nas cultivares utilizadas como controle. Os resultados indicam a efetividade da seleção para conteúdo de lisina nas linhagens não opaco de milho estudadas, independente dos níveis de N, e a possibilidade de atingir concomitantemente maiores níveis de óleo e lisina nos grãos.

Diallelic analysis for lysine and oil contents in maize grains

Six S5 lines of maize, with differences for lysine and oil contents in grains, were used to carry out a complete series of diallelic crosses. The resulting 15 hybrids were grown in a field at two nitrogen levels (10 and 130 kg N ha-1). The general combining ability (GCA) and specific combining ability (SCA) were obtained by using the method 4, model I of Griffing for grain yield, and grain lysine and oil contents. Significant (p 0.001) interaction was observed between GCA and N levels for grain yield, indicating the selection of different lines for each N level. This interaction was not significant for lysine content, but there were significant effects of GCA for this trait at both N levels (p 0.1). Significant effects were not observed for GCA or SCA for oil content, however a positive correlation was observed between lysine and oil contents in the hybrids, in the lines and even in the control cultivars. The results indicate the effectiveness of selection for lysine content, irrespective of N level, in the studied non-opaque maize lines, and the possibility of achieving both high lysine and oil content in grains.

Seis linhagens S5 de milho, com diferenças para conteúdos de óleo e de lisina nos grãos, foram usadas para realizar uma série completa de cruzamentos dialélicos. Os 15 híbridos resultantes foram cultivados em campo com dois níveis de nitrogênio (10 e 130 kg N ha-1). A capacidade geral de combinação (CGC) e a capacidade específica de combinação (CEC) foram obtidas com o método 4, modelo I de Griffing para produtividade de grãos e concentração de lisina e óleo nos grãos. Interação significativa (p 0.001) foi observada entre CGC e níveis de N para produtividade de grãos, indicando seleção de diferentes linhagens para cada nível de N. Esta interação não foi significativa para conteúdo de lisina, mas existiu efeito significativo (p 0.1) da CGC nos dois níveis de N para esta variável. Os efeitos de CGC e CEC foram não significativos para conteúdo de óleo, contudo, foi observada correlação positiva entre conteúdos de lisina e óleo nos híbridos, nas linhagens e mesmo nas cultivares utilizadas como controle. Os resultados indicam a efetividade da seleção para conteúdo de lisina nas linhagens não opaco de milho estudadas, independente dos níveis de N, e a possibilidade de atingir concomitantemente maiores níveis de óleo e lisina nos grãos.

Antioxidant isoenzyme responses to nickel-induced stress in tobacco cell suspension culture

Exposure to nickel (Ni) at high concentrations can lead to production of reactive oxygen species (ROS) resulting in oxidative damage at the cellular level. We investigated the antioxidative responses of Nicotiana tabacum cv BY-2 cell suspension to Ni stress (0.075 and 0.75 mM NiCl2) over a 72 h period with special attention to potential alterations in isoenzymes of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione reductase (GR). Two main SOD isoenzymes were observed, a Mn-SOD (band I) and a Fe-SOD (band II), as well as one CAT isoenzyme and four GR isoenzymes. Activity staining analysis revealed that CAT activity plays a major role in the early response to Ni-induced oxidative stress, particularly when the Ni concentration used was low, whilst a specific GR isoenzyme appears to respond to the Ni-induced oxidative stress when a much higher Ni concentration was used to induce the stress for the same period of treatment. These results illustrate the importance and advantages of determining individual isoenzyme activities.

A exposição ao níquel (Ni), em altas concentrações, pode levar à produção de espécies reativas de oxigênio (EAOs), resultando em danos oxidativos em nível celular. Foram investigadas as respostas antioxidativas de células em suspensão do cultivar BY-2 de Nicotiana tabacum submetidas ao estresse por Ni (0.075 e 0.75 mM de NiCl2) por 72 h, com atenção especial às alterações potencias em isoenzimas de superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutatione redutase (GR). Duas principais isoenzimas de SOD foram observadas, uma Mn-SOD (banda I) e outra Fe-SOD (banda II), bem como uma isoenzima CAT e quatro isoenzimas de GR. As análises revelaram que a atividade de CAT tem papel principal no momento inicial de resposta ao estresse oxidativo induzido por Ni, particularmente, quando sua concentração foi mais baixa, enquanto uma isoenzima específica de GR parece responder a este estresse na concentração mais alta de Ni, no mesmo período de tratamento. Os resultados ilustram a importância e as vantagens de se determinar a atividade de isoenzimas individuais.

Antioxidant isoenzyme responses to nickel-induced stress in tobacco cell suspension culture

Exposure to nickel (Ni) at high concentrations can lead to production of reactive oxygen species (ROS) resulting in oxidative damage at the cellular level. We investigated the antioxidative responses of Nicotiana tabacum cv BY-2 cell suspension to Ni stress (0.075 and 0.75 mM NiCl2) over a 72 h period with special attention to potential alterations in isoenzymes of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione reductase (GR). Two main SOD isoenzymes were observed, a Mn-SOD (band I) and a Fe-SOD (band II), as well as one CAT isoenzyme and four GR isoenzymes. Activity staining analysis revealed that CAT activity plays a major role in the early response to Ni-induced oxidative stress, particularly when the Ni concentration used was low, whilst a specific GR isoenzyme appears to respond to the Ni-induced oxidative stress when a much higher Ni concentration was used to induce the stress for the same period of treatment. These results illustrate the importance and advantages of determining individual isoenzyme activities.

A exposição ao níquel (Ni), em altas concentrações, pode levar à produção de espécies reativas de oxigênio (EAOs), resultando em danos oxidativos em nível celular. Foram investigadas as respostas antioxidativas de células em suspensão do cultivar BY-2 de Nicotiana tabacum submetidas ao estresse por Ni (0.075 e 0.75 mM de NiCl2) por 72 h, com atenção especial às alterações potencias em isoenzimas de superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutatione redutase (GR). Duas principais isoenzimas de SOD foram observadas, uma Mn-SOD (banda I) e outra Fe-SOD (banda II), bem como uma isoenzima CAT e quatro isoenzimas de GR. As análises revelaram que a atividade de CAT tem papel principal no momento inicial de resposta ao estresse oxidativo induzido por Ni, particularmente, quando sua concentração foi mais baixa, enquanto uma isoenzima específica de GR parece responder a este estresse na concentração mais alta de Ni, no mesmo período de tratamento. Os resultados ilustram a importância e as vantagens de se determinar a atividade de isoenzimas individuais.

Determination of aspartate kinase activity in maize tissues

Lysine, threonine, methionine and isoleucine are synthesized from aspartate in a branched pathway in higher plants. Aspartate kinase plays a key role in the control of the aspartate pathway. The enzyme is very sensitive to manipulation and storage and the hydroxamate assay normally used to determine aspartate kinase activity has to be altered according to the plant species and tissue to be analyzed. We have optimized the assay for the determination of aspartate kinase in maize plants callus cell cultures. Among all the assay parameters tested, the concentration of ATP/Mg and temperature were critical for enzyme activity. In the case of temperature, 35°C was shown to be the optimum temperature for aspartate kinase activity.

Lisina, treonina, metionina e isoleucina são derivados do aspartato. Aspartato quinase tem um papel chave no controle da via metabólica do aspartato. A enzima é muito sensível à manipulação e armazenagem e o ensaio enzimático do hidroxamato que é normalmente utilizado para determinar a atividade da aspartato quinase deve ser alterado de acordo com a espécie de planta e tecido vegetal a ser analisado. Nós otimizamos o ensaio para a determinação da atividade da aspartato quinase em culturas celulares de calos de milho. Entre os vários parâmetros testados do ensaio, a concentração de ATP/Mg e temperatura foram críticos para atividade enzimática. No caso da temperatura, 35°C foi a temperatura ótima para atividade da aspartato quinase.

Determination of aspartate kinase activity in maize tissues

Lysine, threonine, methionine and isoleucine are synthesized from aspartate in a branched pathway in higher plants. Aspartate kinase plays a key role in the control of the aspartate pathway. The enzyme is very sensitive to manipulation and storage and the hydroxamate assay normally used to determine aspartate kinase activity has to be altered according to the plant species and tissue to be analyzed. We have optimized the assay for the determination of aspartate kinase in maize plants callus cell cultures. Among all the assay parameters tested, the concentration of ATP/Mg and temperature were critical for enzyme activity. In the case of temperature, 35°C was shown to be the optimum temperature for aspartate kinase activity.

Lisina, treonina, metionina e isoleucina são derivados do aspartato. Aspartato quinase tem um papel chave no controle da via metabólica do aspartato. A enzima é muito sensível à manipulação e armazenagem e o ensaio enzimático do hidroxamato que é normalmente utilizado para determinar a atividade da aspartato quinase deve ser alterado de acordo com a espécie de planta e tecido vegetal a ser analisado. Nós otimizamos o ensaio para a determinação da atividade da aspartato quinase em culturas celulares de calos de milho. Entre os vários parâmetros testados do ensaio, a concentração de ATP/Mg e temperatura foram críticos para atividade enzimática. No caso da temperatura, 35°C foi a temperatura ótima para atividade da aspartato quinase.

Distribution of soluble amino acids in maize endosperm mutants

For human nutrition the main source of vegetable proteins are cereal and legume seeds. The content of total soluble amino acids in mature endosperm of wild-type, opaque and floury maize (Zea mays L.) mutants were determined by HPLC. The total absolute concentration of soluble amino acids among the mutants varied depending on the mutant. The o11 and o13 mutants exhibited the highest average content, whereas o10, fl3 and fl1 exhibited the lowest average content. In general, the mutants exhibited similar concentrations of total soluble amino acids when compared to the wild-type lines, with the clear exception of mutants o11 and fl1, with the o11 mutant exhibiting a higher concentration of total soluble amino acids when compared to its wild-type counterpart W22 and the fl1 mutant a lower concentration when compared to its wild-type counterpart Oh43. For methionine, the mutants o2 and o11 and wild-type Oh43 exhibited the highest concentrations of this amino acid. Significant differences were not observed between mutants for other amino acids such as lysine and threonine. The high lysine concentrations obtained originally for these mutants may be due to the amino acids incorporated into storage proteins, but not those present in the soluble form.

A principal fonte de proteínas vegetais para alimentação humana e animal é fornecida pelos grãos de cereais e leguminosas. O conteúdo de aminoácidos solúveis totais foi determinado por HPLC em endospermas de milho (Zea mays L.) normal e mutantes opaco e floury. A concentração de aminoácidos solúveis totais variou entre os mutantes. Os mutantes o11 e o13 se destacaram com médias superiores, enquanto que mutantes o10, fl3 e fl1 apresentaram as menores médias. De maneira geral, para a concentração total de aminoácidos solúveis, os grãos dos mutantes foram similares aos seus tipos selvagens com exceção dos mutantes o11 e fl1 sendo que o primeiro apresentou valor maior que seu tipo selvagem W22, enquanto que o fl1 teve valor menor que o Oh43. Para metionina, os mutantes o2 e o11 e o tipo selvagem Oh43 apresentaram as mais altas concentrações deste aminoácido. Valores similares foram observados entre os mutantes e os tipos selvagens para concentração de outros aminoácidos analisados, tais como lisina e treonina. As altas concentrações sugeridas originalmente para estes mutantes devem ser devidas aos níveis destes aminoácidos incorporados nas proteínas de reserva, mas não na forma solúvel.

Distribution of soluble amino acids in maize endosperm mutants

For human nutrition the main source of vegetable proteins are cereal and legume seeds. The content of total soluble amino acids in mature endosperm of wild-type, opaque and floury maize (Zea mays L.) mutants were determined by HPLC. The total absolute concentration of soluble amino acids among the mutants varied depending on the mutant. The o11 and o13 mutants exhibited the highest average content, whereas o10, fl3 and fl1 exhibited the lowest average content. In general, the mutants exhibited similar concentrations of total soluble amino acids when compared to the wild-type lines, with the clear exception of mutants o11 and fl1, with the o11 mutant exhibiting a higher concentration of total soluble amino acids when compared to its wild-type counterpart W22 and the fl1 mutant a lower concentration when compared to its wild-type counterpart Oh43. For methionine, the mutants o2 and o11 and wild-type Oh43 exhibited the highest concentrations of this amino acid. Significant differences were not observed between mutants for other amino acids such as lysine and threonine. The high lysine concentrations obtained originally for these mutants may be due to the amino acids incorporated into storage proteins, but not those present in the soluble form.

A principal fonte de proteínas vegetais para alimentação humana e animal é fornecida pelos grãos de cereais e leguminosas. O conteúdo de aminoácidos solúveis totais foi determinado por HPLC em endospermas de milho (Zea mays L.) normal e mutantes opaco e floury. A concentração de aminoácidos solúveis totais variou entre os mutantes. Os mutantes o11 e o13 se destacaram com médias superiores, enquanto que mutantes o10, fl3 e fl1 apresentaram as menores médias. De maneira geral, para a concentração total de aminoácidos solúveis, os grãos dos mutantes foram similares aos seus tipos selvagens com exceção dos mutantes o11 e fl1 sendo que o primeiro apresentou valor maior que seu tipo selvagem W22, enquanto que o fl1 teve valor menor que o Oh43. Para metionina, os mutantes o2 e o11 e o tipo selvagem Oh43 apresentaram as mais altas concentrações deste aminoácido. Valores similares foram observados entre os mutantes e os tipos selvagens para concentração de outros aminoácidos analisados, tais como lisina e treonina. As altas concentrações sugeridas originalmente para estes mutantes devem ser devidas aos níveis destes aminoácidos incorporados nas proteínas de reserva, mas não na forma solúvel.

Manipulação de cereais para acúmulo de lisina em sementes

The nutrition value of a protein is directly related to its amino acid composition. Some of these amino acids, termed essential amino acids, cannot be synthesized by humans and therefore must be supplied in the diet for adults and in particular for infants and children. Lysine is an essential amino acid synthesized via the aspartic acid metabolic pathway, in which threonine, methionine and isoleucine are also endproducts. Moreover, lysine is the first limiting amino acid in all cereal grains. For over 30 years, the aspartic acid metabolic pathway has been studied in higher plants with the aim of identifying and characterizing the key regulatory points controlling the biosynthetic pathway. Two clear distinct time periods, one begining with the development of tissue culture techniques (1970-80's) and the second with the development of plant transformation techniques (90's), has encouraged the production of biochemical mutants and transgenic plants with specific alterations in key enzymes of the pathway, leading to the overproduction and accumulation of threonine in all plant tissues. However, the accumulation of lysine in seeds has been particularly difficult to achieve. Such an observation, associated with the recent biochemical studies on lysine degradation in cereal and legume plant species, has indicated that the manipulation of lysine degradation is as important as the manipulation of lysine synthesis, if the goal of accumulating this amino acid in cereal seeds is to be achieved. In maize, the study and use of other mutants such as the opaque-2 and QPM (Quality Protein Maize) varieties, has contributed significantly to our understanding of the regulatory aspects of the aspartate pathway. The strategies of obtaining cereals rich in lysine and their relevance to the manipulation of other amino acids have been discussed.

A lisina é um aminoácido essencial cuja via de biossíntese faz parte da via metabólica do ácido aspártico, pela qual são também sintetizados os aminoácidos treonina, metionina e isoleucina. Além disso, a lisina é o principal aminoácido limitante em todos os cereais e por cerca de 30 anos a via do ácido aspártico tem sido estudada em plantas, com o intuito de desvendar e caracterizar os principais pontos chave na regulação das vias de biossíntese desses aminoácidos. Duas etapas distintas, uma primeira originada a partir do desenvolvimento da cultura de tecidos (anos 70-80) e a segunda a partir do desenvolvimento de técnicas para a transformação de plantas (anos 90), permitiram que mutantes bioquímicos e plantas trangênicas fossem produzidos com alterações específicas em passos metabólicos chave, levando à superprodução e acúmulo de treonina em vários tecidos das plantas. Entretanto, a acumulação de lisina em sementes não foi obtida. Tal fato, associado a estudos bioquímicos da via de degradação da lisina em cereais e em leguminosas, indicou que a manipulação da degradação seria tão ou mais importante que a manipulação da biossíntese de lisina para o acúmulo deste aminoácido em sementes dos cereais . Em milho, o uso e estudo de outros mutantes tais como o opaco-2 e variedades QPM (Quality Protein Maize) contribuíram significativamente para a compreensão dos eventos regulatórios. As estratégias para a obtenção de materiais ricos em lisina e sua relevância à manipulação de outros aminoácidos são revisados.