Alterações na ultra-estrutura de genótipos de soja em resposta ao fornecimento de manganês em solução nutritiva

The deleterious effects of Mn stress on many species have been studied, mainly concerning biochemical, physiological and growth parameters of plants. However, there are few studies relating the anatomical and ultrastructural changes in response to manganese (Mn) nutritional disorders, This study examined the leaf ultrastructure of Mn-inefficient (IAC-15, Santa Rosa) and Mn-efficient (IAC-Foscarin 31) soybean (Glycine max L.) genotypes in response to three rates of Mn (0.5, 2 and 200 µmol L-1) in the nutrient solution. Symptoms of Mn deficiency developed 12 days after transplanting in IAC-15 and Santa Rosa, followed by IAC-Foscarin 31 on the 15th day. Only IAC-15 and Santa Rosa leaves showed symptoms of Mn toxicity. The Mn concentration in leaves ranged from 8.6 (deficiency) to 886.3 mg kg-1 d.w. (toxicity). There were no changes either in stomata length or stomata number per unit of leaf surface. Cytoplasm disorganization was observed in IAC-15 under Mn-excess. In this case, the cytoplasm was amorphous, densely stained and extensively disorganized, with increased vacuolation. Mn effects were not found in mitochondria and nucleus in any of the genotypes tested. Under all Mn concentrations, many lipid globules were observed in the IAC15 chloroplasts. There was an increase in the number of plastids as well as in the size of starch grains within IAC-Foscarin 31 chloroplasts as Mn concentration in the nutrient solution increased. Genotypes had marked differences in the ultrastructure organization, mainly in leaf chloroplasts grown under conditions of both Mn deficiency and toxicity (the most sensitive genotype was IAC-15).Os efeitos negativos provocados tanto pela deficiência quanto pela toxidez de manganês (Mn) no desenvolvimento das plantas têm sido avaliados, considerando-se os aspectos bioquímicos e produtivos da parte aérea, particularmente, onde os sintomas visuais são manifestados. Entretanto, há poucas informações na literatura abordando as alterações anatômicas e de ultra-estrutura, em relação ao suprimento de Mn. Os objetivos do presente estudo foram avaliar os efeitos do fornecimento de três doses de Mn (0,5; 2 e 200 µmol L-1), em solução nutritiva, nas ultra-estruturas de folhas de cultivares de soja Glycine max (L.): Santa Rosa, IAC-15 e IAC-Foscarin 31, contrastantes quanto à aquisição e ao uso do Mn. Os sintomas visuais de deficiência foram observados primeiramente em Santa Rosa e IAC-15 (ineficientes), os únicos a exibirem sintomas de toxidez. As concentrações de Mn nas folhas com sintomas variaram de 8,6 (deficiência) a 886,3 mg kg-1 (toxidez). Não houve alterações no comprimento e no número de estômatos nos limbos foliares. Em condição de toxidez, constatou-se no IAC-15, citoplasma desorganizado, vacuolado em excesso e denso evidenciando alterações nas membranas dos tilacóides. Não ocorreram alterações ultra-estruturais nas mitocôndrias e no núcleo das células dos três genótipos. Constatou-se presença de glóbulos de lipídios nos cloroplastos do cultivar IAC-15, em todas as condições de fornecimento de Mn. Houve aumento no número de plastídeos e grãos de amido, bem como no tamanho destes no IAC-Foscarin 31 com o suprimento de Mn. Os genótipos, tanto na condição de deficiência quanto de excesso, exibiram distintos graus de organização das ultraestruturas, notadamente, os cloroplastos. O IAC-15 exibiu maiores alterações das ultra-estruturas em função das desordens nutricionais em manganês

Changes in anatomy and root cell ultrastructure of soybean genotypes under manganese stress Alterações anatômicas e ultraestruturais em genótipos de soja pela desordem nutricional em manganês

The deleterious effects of both Mn deficiency and excess on the development of plants have been evaluated with regard to aspects of shoot anatomy, ultrastructure and biochemistry, focusing mainly on the manifestation of visual symptoms. However, there is little information in the literature on changes in the root system in response to Mn supply. The objective of this study was to evaluate the effects of Mn doses (0.5, 2.0 and 200.0 &#956;mol L-1) in a nutrient solution on the anatomy of leaves and roots of the Glycine max (L.) cultivars Santa Rosa, IAC-15 and IAC-Foscarin 31. Visual deficiency symptoms were first observed in Santa Rosa and IAC-15, which were also the only cultivars where Mn-toxicity symptoms were observed. Only in IAC-15, a high Mn supply led to root diameter thickening, but without alteration in cells of the bark, epidermis, exodermis and endodermis. The degree of disorganization of the xylem vessels, in particular the metaxylem, differed in the cultivars. Quantity and shape of the palisade parenchyma cells were influenced by both Mn deficiency and toxicity. A reduction in the number of chloroplasts was observed in the three Mn-deficient genotypes. The anatomical alterations in IAC-15 due to nutritional stress were greater, as expressed in extensive root cell cytoplasm disorganization and increased vacuolation at high Mn doses. The degree of changes in the anatomical and ultrastructural organization of roots and leaves of the soybean genotypes studied differed, suggesting the existence of tolerance mechanisms to different intensities of Mn deficiency or excess.<br>Os efeitos negativos provocados não apenas pela deficiência mas também pela toxidez de Mn no desenvolvimento das plantas têm sido avaliados considerando-se os aspectos anatômicos, de ultraestrutura e bioquímicos da parte aérea particularmente, onde os sintomas visuais são manifestados. Entretanto, há escassez na literatura de informações que abordem o sistema radicular. Os objetivos do presente estudo foram avaliar os efeitos do fornecimento de doses de Mn (0,5, 2,0 e 200,0 &#956;mol L-1), em solução nutritiva, na anatomia e ultraestrutura de folhas e de raízes dos cultivares de Glycine max (L.): Santa Rosa, IAC-15 e IAC-Foscarin 31. Os sintomas visuais de deficiência foram observados primeiramente em Santa Rosa e IAC-15, os únicos a exibirem sintomas de toxidez. As doses de Mn promoveram espessamento do diâmetro radicular somente em IAC-15, porém sem alteração nas células do córtex, da epiderme, exoderme e endoderme. Os cultivares mostraram distintos graus de organização dos vasos de xilema, particularmente nos elementos de metaxilema. O número e a conformação das células dos mesofilos paliçádicos foram alterados pelas condições de deficiência e toxidez. Houve redução na quantidade de cloroplastos, nos três genótipos, somente na condição de deficiência. O genótipo IAC-15 apresentou maiores alterações devido ao estresse nutricional, como separação do protoplasma da parede celular radicular e incremento de células vacuoladas na mais alta dose. Os genótipos apresentaram diferentes graus de alterações anatômicas e ultraestruturais das folhas e raízes, sugerindo a operação de mecanismos de tolerância à deficiência ou à toxidez de intensidade diversa