Atividade de invertases e sacarose sintase em plantas de cafeeiro pulverizadas com solução de sacarose

Uma prática cuja eficiência não foi ainda comprovada cientificamente, é a pulverização dos cafeeiros com solução diluída de sacarose, como fonte de carbono para as plantas. Este trabalho visou estudar o efeito da pulverização de açúcar via folha nos teores endógenos de carboidratos e na atividade das enzimas invertases e sacarose sintase em mudas de cafeeiros (Coffea arabica L.) com baixo (baixo) e alto (normal) nível de reservas de carbono. As pulverizações ocorreram nas concentrações de 0,5 e 1% de sacarose utilizando-se água como testemunha. A aplicação de sacarose a 1% aumentou a concentração de açúcares solúveis totais (AST) em plantas depauperadas, como também aumentou as atividades das enzimas invertase ácida da parede, invertase ácida do vacúolo, invertase neutra do citosol e sacarose sintase. Em plantas com níveis normais de carboidratos não foi observada nenhuma alteração nos teores dos AST, como também nas atividades de tais enzimas. Independentemente dos tratamentos aplicados e do estado fisiológico das plantas, não foram observadas diferenças na transpiração e na condutância estomática, mostrando, desta forma, o controle estomático da transpiração. A fotossíntese foi estimulada a 0,5% e 1% em plantas depauperadas, o que não aconteceu com plantas normais. A pulverização de sacarose em mudas de cafeeiros só é eficiente tratando-se de plantas depauperadas na concentração de 1%.One management practice of which the efficiency has not yet been scientifically tested is spraying coffee plants with diluted sucrose solutions as a source of carbon for the plant. This paper evaluates the effect of foliar spraying with sugar on the endogenous level of carbohydrates and on the activities of invertase and sucrose synthase in coffee (Coffea arabica L.) seedlings with reduced (low) and high (normal) levels of carbon reserve. The concentrations used were 0.5 and 1.0% sucrose, and water as a control. The use of sucrose at 1.0% caused an increase in the concentration of total soluble sugars in depauperate plants, as well as increased the activity of the following enzymes: cell wall and vacuole acid invertase, neutral cytosol invertase and sucrose synthase. In plants with high level of carbon reserve, no increments in total soluble sugar levels or in enzymatic activity were observed. Regardless of treatments or plants physiological state, no differences in transpiration or stomatal conductance were observed, demonstrating the stomatal control of transpiration. Photosynthesis was stimulated with the use of 0.5 and 1.0 % sucrose only in depauperate plants. Coffee seedling spraying with sucrose is only efficient for depauperate plants, at the concentration of 1.0%

Cálcio e o desenvolvimento de aerênquimas e atividade de celulase em plântulas de milho submetidas a hipoxia

A formação de aerênquimas é conhecida como uma das mais importantes adaptações anatômicas pelas quais as plantas passam quando são submetidas à deficiência de oxigênio. Esse tecido se desenvolve pela ação de enzimas de degradação ou afrouxamento da parede celular. Este trabalho foi conduzido com o objetivo de verificar o desenvolvimento de aerênquima em plântulas de milho cv. Saracura- BRS 4154, submetidas à hipoxia. Associou-se, ao desenvolvimento dessa estrutura, a atividade da celulase. Para tanto, plântulas com 4 dias de idade foram submetidas aos tratamentos de hipoxia, pela imersão em tampão de alagamento, na ausência e presença de cálcio. Após 0, 1, 2, 3 e 4 dias da aplicação dos tratamentos, foram feitos cortes anatômicos na região apical dos coleóptiles e na região intermediária da raiz para a avaliação da formação de aerênquimas, e coletado o material para os ensaios enzimáticos de celulase. A atividade celulase foi medida através de método viscosimétrico. Nas raízes, a formação de aerênquima aumentou logo após a hipoxia e atingiu 50% do total do córtex ao quarto dia de hipoxia. Este órgão apresentou uma área cortical com aerênquima em média sete vezes maior que nos coleóptiles, onde a área de espaços intercelulares atingiu 15% do córtex. A atividade da celulase em coleóptiles e raízes sofreu, inicialmente, um decréscimo devido ao estresse, aumentando em seguida, acompanhando os resultados de aerênquima. Na presença de cálcio o desenvolvimento de aerênquima foi inibido; no entanto, a atividade enzimática foi induzida.Aerenchyma formation is known as one of the most important anatomical adaptations of plants submitted to oxygen shortage. This tissue develops by action of degrading enzymes and resulting in cell wall loosening. This work was conducted with the objective of verifying aerenchyma development in corn seedlings cv. Saracura - BRS 4154, submitted to hypoxia. The development of aerenchyma was observed in association to cellulase activity. The seedlings were submitted to the hypoxia treatments 4 days after germination , by immersion in a flooding buffer, in the absence and presence of calcium. After 0, 1, 2, 3 and 4 days under hypoxic conditions the evaluation of aerenchyma formation was made by transversal sections of coleoptiles apex , where the development of damages caused by hypoxia were also observed, and the intermediary region of roots. The material for the cellulase assays was collected after each of the hypoxia periods. The activity of cellulase was measured by the viscosimetric method. Aerenchyma formation in the roots increased immediately after the induction of hypoxia and reached 50% of the total cortex area at the fourth day of hipoxia. This organ presented an average aerenchyma area seven times higher than coleoptiles, where the area of intercellular spaces reached 15% of the cortex; cell injuries were observed on 65% of the total seedlings. Cellulase activity showed an initial decrease due to the forced stress, but subsequently increased along with the aerenchyma development. The presence of calcium apparently inhibited the aerenchyma development without affecting the enzymatic activity

Cálcio e o desenvolvimento de aerênquimas e atividade de celulase em plântulas de milho submetidas a hipoxia

A formação de aerênquimas é conhecida como uma das mais importantes adaptações anatômicas pelas quais as plantas passam quando são submetidas à deficiência de oxigênio. Esse tecido se desenvolve pela ação de enzimas de degradação ou afrouxamento da parede celular. Este trabalho foi conduzido com o objetivo de verificar o desenvolvimento de aerênquima em plântulas de milho cv. Saracura- BRS 4154, submetidas à hipoxia. Associou-se, ao desenvolvimento dessa estrutura, a atividade da celulase. Para tanto, plântulas com 4 dias de idade foram submetidas aos tratamentos de hipoxia, pela imersão em tampão de alagamento, na ausência e presença de cálcio. Após 0, 1, 2, 3 e 4 dias da aplicação dos tratamentos, foram feitos cortes anatômicos na região apical dos coleóptiles e na região intermediária da raiz para a avaliação da formação de aerênquimas, e coletado o material para os ensaios enzimáticos de celulase. A atividade celulase foi medida através de método viscosimétrico. Nas raízes, a formação de aerênquima aumentou logo após a hipoxia e atingiu 50% do total do córtex ao quarto dia de hipoxia. Este órgão apresentou uma área cortical com aerênquima em média sete vezes maior que nos coleóptiles, onde a área de espaços intercelulares atingiu 15% do córtex. A atividade da celulase em coleóptiles e raízes sofreu, inicialmente, um decréscimo devido ao estresse, aumentando em seguida, acompanhando os resultados de aerênquima. Na presença de cálcio o desenvolvimento de aerênquima foi inibido; no entanto, a atividade enzimática foi induzida.Aerenchyma formation is known as one of the most important anatomical adaptations of plants submitted to oxygen shortage. This tissue develops by action of degrading enzymes and resulting in cell wall loosening. This work was conducted with the objective of verifying aerenchyma development in corn seedlings cv. Saracura - BRS 4154, submitted to hypoxia. The development of aerenchyma was observed in association to cellulase activity. The seedlings were submitted to the hypoxia treatments 4 days after germination , by immersion in a flooding buffer, in the absence and presence of calcium. After 0, 1, 2, 3 and 4 days under hypoxic conditions the evaluation of aerenchyma formation was made by transversal sections of coleoptiles apex , where the development of damages caused by hypoxia were also observed, and the intermediary region of roots. The material for the cellulase assays was collected after each of the hypoxia periods. The activity of cellulase was measured by the viscosimetric method. Aerenchyma formation in the roots increased immediately after the induction of hypoxia and reached 50% of the total cortex area at the fourth day of hipoxia. This organ presented an average aerenchyma area seven times higher than coleoptiles, where the area of intercellular spaces reached 15% of the cortex; cell injuries were observed on 65% of the total seedlings. Cellulase activity showed an initial decrease due to the forced stress, but subsequently increased along with the aerenchyma development. The presence of calcium apparently inhibited the aerenchyma development without affecting the enzymatic activity

Influência do espaçamento de cultivo em duas épocas de poda nos teores caulinares de carboidratos em cafeeiros

The objective of this work was to evaluate coffee plant stem carbohydrate contents in function of the cultivation spacing and at two pruning times. The experiment was conducted on a crop in the Fazenda Experimental da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (EPAMIG), in Machado, MG, implanted in January of 1992. The experimental design was in random blocks in a 4 x 3 x 2 factorial outline, being four spacings bewteen rows (2.0; 2.5; 3.0 and 3.5 m), three spacings among the plants in the planting row (0,5; 0,75; 1,0 m), and two pruning times (one early, soon after harvest in July 2002 and the other late, in the month of January, 2003), totaling 24 treatments with three repetitions. In July, 2002 and in January, 2003 the stump type prunings were conducted, when the coffee plant stem disk samples were collected and the accumulated of stem carbohydrate content were analyzed. The treatments were also appraised as to the productivity and the production per plant in the year of 2002. The productivity is negatively influenced by the increase of the spacing among the planting rows, while the per plant production is higher at the spacing of 1.00 m among plants. In greater planting row is maintained in the levels of total soluble sugars of a pruning time for another. The starch content increased in all the spaces between the pruning times. When the pruning is conducted six months after the harvest of the fruits, the coffee plants present higher stem carbohydrates levels.Objetivou-se, neste trabalho, avaliar os teores caulinares de carboidratos de cafeeiros em função do espaçamento de cultivo e em duas épocas de poda. O experimento foi conduzido em uma lavoura na Fazenda Experimental da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (EPAMIG), em Machado, MG, implantada em janeiro de 1992. O delineamento experimental foi em blocos casualizados em esquema fatorial 4 x 3 x 2, sendo quatro espaçamentos entre as linhas (2,0; 2,5; 3,0 e 3,5 m), três espaçamentos entre as plantas na linha de plantio (0,5; 0,75; 1,0 m), e duas épocas de poda (uma precoce feita logo após a colheita no mês de julho 2002 e a outra tardia no mês de janeiro de 2003), totalizando 24 tratamentos com três repetições. Em julho de 2002 e em janeiro de 2003 foram realizadas as podas tipo “recepa”, em que foram coletadas as amostras dos discos caulinares dos cafeeiros e analisados os teores de carboidrato acumulados no caule. Os tratamentos foram também avaliados quanto à produtividade e à produção por planta, no ano de 2002. A produtividade é influenciada negativamente pelo aumento do espaçamento entre as linhas de plantio, enquanto a produção por planta é maior no espaçamento de 1,00 m entre plantas. Nos maiores espaçamentos entre as plantas ocorre uma manutenção nos teores de açúcares solúveis totais de uma época de poda para a outra. Os teores de amido aumentam em todos os espaçamentos entre as épocas de poda. Quando a poda é realizada seis meses após a colheita dos frutos, os cafeeiros apresentam maiores teores caulinares de carboidratos

Metabolismo da sacarose em cafeeiros submetidos a diferentes níveis de sombreamento

The objective of this study was to evaluate the activity of the enzymes involved in the sucrose metabolism and the carbohydrate levels on the endosperm of the coffee fruit under different shade levels. Four replicater were used, totaling 20 plots, which consisted of eight useful plants. Treatments were arranged in a randomized block design in a 5 x 3 factorial outline, being five shade levels (full sun, 35, 50, 65 and 90% shade) and three fruit development stages (green, green-yellow and cherry). The variables analyzed were the activities of the enzymes sucrose-phosphate synthase (SPS), sucrose synthase (SuSy) and acid invertase and total soluble sugars, sucrose and glucose content. The shading higher than 50% increased the activity of acid invertase and SuSy in green-yellow and cherry stages. Regarding the SPS, shading did not alter its activity, the highest values were found in the green-yellow and cherry stages. The shading levels up to 65% have the highest soluble sugar levels and sucrose in the late stages of maturation while for the 90% shading, the highest values were found in the early stages of fruit development. The glucose content was higher in the green maturation stage, up to the level of 50% shading, from which there is a decrease in glucose values with increased shading. Thus, it appears that shading higher than 50%, probably modifies the fruit development by affecting the metabolism of sucrose in the endosperm, prolonging the maturation period.Objetivou-se, neste trabalho, avaliar a atividade das enzimas envolvidas no metabolismo da sacarose e os níveis de carboidratos no endosperma de frutos de cafeeiros submetidos a diferentes níveis de sombreamento. Os tratamentos foram dispostos no delineamento de blocos casualizados (DBC) no esquema fatorial 5 x 3, sendo cinco níveis de sombreamento (pleno sol, 35, 50, 65 e 90% de sombra) e três estádios de desenvolvimento dos frutos (cereja, verde cana e verde). As variáveis analisadas foram as atividades das enzimas sacarose fosfato sintase (SPS), sacarose sintase (SuSy) e invertase ácida e, o conteúdo de açúcares solúveis totais, sacarose e glicose. O sombreamento, a partir de 50%, aumentou a atividade das enzimas invertase ácida e SuSy nos estádios verde cana e cereja. Em relação à SPS o sombreamento não alterou a sua atividade, sendo os maiores valores encontrados nos estádios verde cana e cereja. Os níveis de sombreamento até 65 % apresentaram os maiores teores de açúcares solúveis totais e sacarose nos estádios tardios de maturação, enquanto que a 90 % de sombreamento, os maiores valores foram encontrados nos estádios iniciais de desenvolvimento do fruto. O teor de glicose foi maior no estádio verde de maturação até o nível de 50 % de sombreamento, a partir do qual houve uma redução nos valores da glicose com o aumento do sombreamento. Assim, verifica-se que o sombreamento a partir de 50%, provavelmente modifica o desenvolvimento do fruto por alterar o metabolismo da sacarose no endosperma, prolongando o período de maturação

Comportamento estomático e componentes do sistema antioxidante em cafeeiros sob estresse hídrico

Para o cafeeiro (Coffea arabica) existe uma comprovada relação positiva entre fechamento estomático e formação e acúmulo de H2O2. Entretanto, tal relação para a cultura sob restrição hídrica ainda não foi estudada. Avaliou-se o movimento estomático e a capacidade antioxidante em mudas de cafeeiro sob diferentes regimes hídricos. Mudas de cafeeiro cv. Catuaí IAC 99, com oito meses de idade, foram submetidas à capacidade de campo, suspensão gradativa e suspensão total da irrigação por um período de 21 dias. Foram realizadas avaliações do potencial hídrico (Ψw) foliar na antemanhã e resistência estomática, taxa transpiratória e déficit de pressão de vapor foram avaliados as 10h00 e 17h00. As determinações bioquímicas e enzimáticas foram realizadas em folhas coletadas às 17h00. Todas as avaliações e coletas foram realizadas em intervalos de três dias. Nas plantas em capacidade de campo não houve variação no Ψw durante o período de avaliação. Para a suspensão gradativa da irrigação, houve queda expressiva a partir dos 12 dias, chegando próximo a -2,5 Mpa, ao final do experimento. Já nas plantas em suspensão total da irrigação observou-se queda no Ψw a partir do sexto dia, chegando a -2,5 MPa aos 15 dias. A queda no Ψw para as plantas em suspensão gradual e total da irrigação refletiu em aumentos na resistência estomática e diminuição da taxa transpiratória, ocasionando aumento na formação de peróxido de hidrogênio e nos períodos finais, aumentos na peroxidação de lipídios. Em conseqüência obervaram-se aumentos na atividade das enzimas antioxidantes, bem como nos teores de ascorbato e dehidroascorbato, atuando na detoxificação dos radicais livres formados em função do estresse.Coffee (Coffea arabica) plants show a positive relationship between stomatal closure and formation and accumulation of H2O2. However, for coffee plants under water restriction such relationship has never been studied. The objective of the present study was evaluate the stomatal movement and the antioxidant capacity of coffee seedlings under different water regimes. Eight months old coffee seedlings of cv. Catuaí IAC 99 were submitted to field capacity, gradual and total suspension of irrigation during a period of 21 days. Evaluations of leaf water potential (Ψw) were performed in the beginning of the morning, and stomatal resistance, transpiration rate and vapor pressure deficit were determined at 10 am and 5 pm. All biochemical and enzymatic determinations were performed in leaves collected at 5 pm. Evaluations and samplings were performed at three days intervals. There was no variation in Ψw during the evaluated period for plants in field capacity. However, an expressive decrease of Ψw following day 12, reaching values near -2.5 MPa at the end of the experiment was observed for plants submitted to gradual suspension of irrigation. For plants submitted to total suspension of irrigation, Ψw decreases after the sixth day, reaching -2.5 MPa at day 15. The decay of Ψw in plants submitted to gradual and total suspension of irrigation reflected in increased stomatal resistance and in a decreased transpiration rate leading to an increase in hydrogen peroxide formation and, on final stages, increase in lipid peroxidation. As a conclusion, an increase in the activity of antioxidant enzymes as well as in the levels of ascorbate and dehydroascorbate was observed, which act in the detoxification of free radicals formed as result of the water stress

Antioxidant system activity and aerenchyma formation in 'Saracura' maize roots

Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência de sucessivos ciclos de seleção do milho 'Saracura' na atividade das enzimas do sistema antioxidante, e a relação dessas enzimas com a capacidade dessa variedade em desenvolver aerênquima. Sementes de 18 ciclos de seleção intercalados do milho 'Saracura' e da cultivar BR 107, sensível à hipoxia, foram semeadas em vasos e em casa de vegetação. As plantas foram submetidas ao alagamento intermitente de dois em dois dias. As amostras de raízes foram coletadas após 60 dias e analisaram-se as atividades das enzimas peroxidase do guaiacol, peroxidase do ascorbato e catalase, além da capacidade das plantas de cada ciclo desenvolverem aerênquima. Ao longo dos ciclos, as plantas apresentaram modificações na atividade das enzimas, com aumento na de peroxidase do ascorbato e diminuição na de catalase e de peroxidase do guaiacol. Observou-se, ainda, maior capacidade de desenvolver aerênquima nos últimos ciclos de seleção. A redução na atividade das enzimas do sistema antioxidante parece estar relacionada a um desbalanço na decomposição de H2O2.This work aimed to assess the influence of successive selection cycles in 'Saracura' maize on the enzyme activity of the antioxidant system and the relationship of these enzymes with the aerenchyma development capacity of this variety. Seeds of 18 intercalated selection cycles of the 'Saracura' maize and of the cultivar BR 107, sensitive to hipoxia, were sown in pots in the greenhouse. Plants were submitted to intermittent soil flooding each two days. After 60 days, the roots were sampled and analysis were done for the guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidase, and catalase activities and for the capacity of the plants of each cycle to develop aerenchyma. The plants showed modifications in enzyme activity along the cycles, increasing the ascorbate peroxidase activity and decreasing the catalase and guaiacol peroxidase ones. A greater capacity to develop aerenchyma was also observed in the last selection cycles. Reductions in the enzyme activity of the antioxidant system seem to be related to a disorder in the H2O2 decomposition capacity

Modificações no metabolismo de carboidratos em mudas de (Coffea arabica L. cv. SIRIEMA) sob condições de déficit hídrico

Understanding what mechanisms are involved in drought response in coffee plants will generate relevant information to assist breeding and/or genetic engineering to obtain new commercial varieties with drought tolerance. This research aimed at studying the effects of drought on leaf water potential, carbohydrate concentrations, and sucrose synthaseand invertase activity in coffee seedlings (Coffea arabica Siriema), originating from a natural cross between C. racemosa and C. arabica Blue Mountain (Carvalho et al., 2008). Seedlings were grown in a greenhouse under non-irrigated and daily irrigated conditions. Plants were evaluated every three days until they reached the permanent wilting point or, at most. 30 days after withholding water. In addition, plants under different drought conditions (as of 30 days) were irrigated and evaluated 24 and 48 hours after water application. The non-irrigated treatment prompted a significant reduction in leaf water potential,whereas re-irrigation promoted partial recovery of plant water potential. There was a significant increase in the levels of total soluble sugars and reducing sugars, both in the leaves and roots of the non-irrigated plants. The re-irrigated plants behaved like the non-irrigated plants; however, lower levels of sugars were detected in these samples. The leaves and roots of the nonirrigated plants also showed a significant reduction in starch levels. The activity of sucrose synthase and invertase, neutral andacid enzymes, increased as a result of water stress.A compreensão dos mecanismos envolvidos na resposta do cafeeiro ao déficit hídrico irá gerar informações relevantes para auxiliar no melhoramento e/ou na engenharia genética visando à obtenção de novas variedades comerciais tolerantes à seca. Objetivou-se, neste trabalho, estudar os efeitos do déficit hídrico sobre o potencial hídrico das folhas, concentrações de carboidratos e atividades da sintase da sacarose e invertase ácida em mudas de cafeeiros (Coffea arábicacv. Siriema), planta oriunda de um cruzamento natural entre C. racemosa e C. arabica cv. Blue Montain (Carvalho et al., 2008). As plantas foram colocadas para crescimento em casa-de-vegetação, em condições não irrigadas e irrigadas diariamente. As avaliações foram realizadas a cada três dias até o ponto de murcha permanente, ou no máximo por 30 dias após a suspensão da irrigação. Concomitantemente, as plantas em diferentes condições hídricas (a partir dos 30 dias) foram irrigadas e avaliadas 24 e 48 horas após a aplicação de água. O tratamento não irrigado promoveu uma reduçãosignificativa no potencial hídrico, enquanto a reirrigação promoveu uma recuperação parcial no potencial hídrico. Houve um aumento significativo nos teores de açúcares solúveis totais e redutores, nas folhas e raízes das plantas do tratamento não irrigado. Nas plantas que tiveram uma rerrigação se comportou como as plantas que permaneceram sem irrigação, contudo, menores teores de açúcares foram detectadas nas mesmas. As folhas e raízes das plantas sem irrigação tambémapresentaram significativa redução nos teores de amido. A atividade da sintase da sacarose e invertase, neutra e ácida, aumentou em função do estresse hídrico

Calcium partially relieves the deleterius effects of hypoxia on a maize cultivar selected for waterlogging tolerance

Low soil oxygen concentrations due to waterlogging or transient flooding severely reduce maize production. However, genotypes with tolerance or even resistance to hypoxia develop morphological and biochemical adaptation mechanisms which may prove to be useful criteria for the selection and breeding of new improved genotypes. The objective of this work was to evaluate the effect of levels and modes of application of calcium sources on biomass yield, the contents of total soluble sugars and reduced sugars and on the activities of invertase isoforms and phosphoenolpyruvate carboxylase, in a maize variety (BRS 4154) derived from the 14th selection cycle for tolerance to transient soil flooding conditions, when cultivated under waterlogging conditions. The study was carried out in a greenhouse, utilizing 20 kg pots, filled with a lowland soil. The effects of two sources of calcium (CaCl2 , 300 kg ha-1 and CaSO4 , 500 and 1.500 kg ha-1) and three modes of application (applied 8 cm below surface, mixed with the whole soil volume and surface application) were tested in soils kept at field capacity and waterlogged after plants reached growth stage V6. Above ground biomass yield, the contents of total soluble sugars and reducing sugars and the activities of the neutral citosol (INC), acid vacuolar (IAV), acid cell wall invertases and phosphoenolpyruvate carboxylase were determined at the onset of flowering. Calcium application partially relieved the deleterious effect of waterlogging on biomass yield and the activities of INC, IAPC and PEPcase.Maíz-Zea may