Overexpression of the mitochondrial MT-sHSP23.6 gene during antioxidant activity in tomato cv. Micro-Tom subjected to flooding

Plants grown under flooding stress conditions form reactive oxygen species, both during oxygen deficiency and after reoxygenation. The tolerance of plants under these conditions depends on an efficient antioxidant system, which may be influenced by the higher expression of heat shock proteins, such as mitochondrial MT-sHSP23.6. The objective of the present study was to determine whether the overexpression of this gene increases the antioxidant activity in tomato cv. Micro-Tom plants subjected to flooding during the vegetative stage of four fully expanded leaves. The experiment was performed with three genotypes of tomato plants (Solanum lycopersicum Mill. cv. Micro-Tom), one non-transformed denominated “WT” and two modified for high and low expression of the MT-sHSP23.6 gene, subjected to normal irrigation conditions, 72 hours of flooding, and 24 and 192 hours of recovery after the removal of flooding, consisting a 3x4 split-plot factorial design with four replications. Plants were collected at the vegetative stage of 4 fully expanded leaves to determine superoxide dismutase, ascorbate peroxidase and catalase activities, hydrogen peroxide accumulation and lipid peroxidation. Overexpression of the mitochondrial MT-sHSP23.6 gene in the evaluated plants resulted in higher antioxidant system activity. However, it did not necessarily lead to less damage caused by oxidative stress. Low expression of this gene resulted in lower antioxidant system activity and greater damage caused by reactive oxygen species

Biochemical performance of bean seedlings under water restriction at the beginning of development

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a o desempenho de cultivares de feijão submetidas ao déficit hídrico no desenvolvimento inicial das plantas. O experimento foi conduzido na Universidade Federal de Pelotas. As sementes utilizadas foram das cultivares BRS Esteio e IPR Tuiuiú, ambas cultivares do grupo preto. A restrição hídrica foi imposta utilizando PEG-6000 como redutor de potencial osmótico para realizar o teste de germinação. No décimo dia de germinação foram coletadas as plântulas para a avaliação dos seguintes testes: teores de prolina, peróxido de hidrogênio, peroxidação lipídica e enzimas antioxidante que foram avaliadas através da atividade específica das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX). O delineamento utilizado foi de inteiramente casualizado, no esquema fatorial duas cultivares por quatro potenciais osmóticos. Os dados foram submetidos à análise de variância e os valores de F quando significativos foram comparados pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Os resultados demonstram que a restrição hídrica, conforme o potencial osmótico, afeta de forma distinta a atividade das enzimas CAT, SOD, APX. O que pode resultar em plantas menos adaptadas ao estresse hídrico.The present work aimed to evaluate the performance of bean cultivars submitted to water deficit in the initial development of plants. The experiment was conducted at the Federal University of Pelotas. The seeds used were from the cultivars BRS Esteio and IPR Tuiuú, both cultivars from the black group. Water restriction was imposed using PEG-6000 as an osmotic potential reducer to perform the germination test. On the tenth day of germination, seedlings were collected for the evaluation of the following tests: levels of proline, hydrogen peroxide, lipid peroxidation and antioxidant enzymes that were evaluated through the specific activity of the enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX). The design used was completely randomized, in the factorial scheme two cultivars for four osmotic potentials. The data were subjected to analysis of variance and the F values when significant were compared using the Tukey test at 5% probability. The results demonstrate that water restriction, according to the osmotic potential, affects CAT, SOD, APX enzymes in a different way. Which can result in plants less adapted to water stress.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Desempenho bioquímico de plântulas de feijão sob restrição hídrica no início do desenvolvimento

The present work aimed to evaluate the performance of bean cultivars submitted to water deficit in the initial development of plants. The experiment was conducted at the Federal University of Pelotas. The seeds used were from the cultivars BRS Esteio and IPR Tuiuú, both cultivars from the black group. Water restriction was imposed using PEG-6000 as an osmotic potential reducer to perform the germination test. On the tenth day of germination, seedlings were collected for the evaluation of the following tests: levels of proline, hydrogen peroxide, lipid peroxidation and antioxidant enzymes that were evaluated through the specific activity of the enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX). The design used was completely randomized, in the factorial scheme two cultivars for four osmotic potentials. The data were subjected to analysis of variance and the F values ​​when significant were compared using the Tukey test at 5% probability. The results demonstrate that water restriction, according to the osmotic potential, affects CAT, SOD, APX enzymes in a different way. Which can result in plants less adapted to water stress.O presente trabalho teve como objetivo avaliar a o desempenho de cultivares de feijão submetidas ao déficit hídrico no desenvolvimento inicial das plantas. O experimento foi conduzido na Universidade Federal de Pelotas. As sementes utilizadas foram das cultivares BRS Esteio e IPR Tuiuiú, ambas cultivares do grupo preto. A restrição hídrica foi imposta utilizando PEG-6000 como redutor de potencial osmótico para realizar o teste de germinação. No décimo dia de germinação foram coletadas as plântulas para a avaliação dos seguintes testes: teores de prolina, peróxido de hidrogênio, peroxidação lipídica e enzimas antioxidante que foram avaliadas através da atividade específica das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX). O delineamento utilizado foi de inteiramente casualizado, no esquema fatorial duas cultivares por quatro potenciais osmóticos. Os dados foram submetidos à análise de variância e os valores de F quando significativos foram comparados pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Os resultados demonstram que a restrição hídrica, conforme o potencial osmótico, afeta de forma distinta a atividade das enzimas CAT, SOD, APX. O que pode resultar em plantas menos adaptadas ao estresse hídrico

Mechanisms of tolerance to water deficit in species of native forages of the South Brazilian fields

Many native species from southern brazilian rangelands have elevated potencial to be cultivated as forage and could be used to develop more productive and adapted materials to stress caused by climate changes such as some legume species: Macroptilium lathyroides L., Vigna luteola Jacq. and Desmodium incanum DC. The aim of this work was to characterize some biochemical and physiological adaptation mechanisms to stress caused by soil water deficit in native legume species from southern brazilian rangelands. Seeds were collected from native rangelands plants and planted in foam box cells containing commercial substrate (turf with nutrients) and grown under green house conditions. Plants were transferred to 3 L perforate plastic pots containing turf and soil in a 1:1 proportion, 49 days after sowing. Water deficit treatments were applied by stopping the irrigation of plants and initiated 30 days after plants were tranferred to pots. Soil moisture levels were monitored by gravimetry and control plants were kept closed to the field capacity. Growth and biochemical analysis were done at four, 11 and 18 days after plants were submitted to water deficit and at two, five and nine days after rehydratation of substrate in a group plants upon 18 days of water deficit treatment. Experiments were carried out in a fully randomized block design and the data were analysed by one-way analysis of variance (ANOVA). When F was significant the treatments means were compared by Tukey’s test (p0.05). Each treatment consisted of four replicates and each replicate consisted of one pot containing three plants. Growth parameters (root and shoot dry mass and leaf area), photosynthetic pigments concentration (chlorophyll a, b and total, total carotenoids) and relative water content in leaves, electrolyte likage, total soluble sugars contents, proline levels, hydrogen peroxide and malondialdeyd contents in leaves and roots were quantified. Macroptilium lathyroides and Desmodium incanum growth, characterized by dry mass accumulation in shoot and root system, was affected by water deficit in a similar way as water leaf potential, leaf area and total chlorophyll content. In Vigna luteola plants the relatioship between these parameters was not observed. Compatible solute accumulation such as soluble sugars and proline constitutes an evident metabolic strategy for adaptation to water restriction in the three legume species.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESOs campos naturais sul-americanos apresentam várias espécies nativas com grande potencial forrageiro, que podem servir para o desenvolvimento de novos materiais cultivados mais produtivos e adaptados às mudanças climáticas. Dentre essas, destacam-se algumas leguminosas, como Macroptilium lathyroides L., Vigna luteola Jacq. e Desmodium incanum DC. O objetivo do trabalho foi caracterizar alguns mecanismos fisiológicos e bioquímicos de adaptação ao estresse, causado pela restrição hídrica no solo, em leguminosas nativas dos campos sul-brasileiros. As plantas foram obtidas a partir de sementes coletadas a campo e semeadas em bandejas multicelular de polipropileno expendido contendo substrato comercial (turfa fértil) e cultivadas em casa de vegetação. Após 49 dias da semeadura, as plantas foram transferidas para vasos plásticos, perfurados, com capacidade de 3L, mantendo-se três plantas por vaso. O substrato utilizado foi constituído de turfa fértil e solo, na proporção de 1:1. O tratamento com restrição hídrica foi iniciado 30 dias após o transplante por meio da suspensão da irrigação. O monitoramento do teor de umidade foi realizado por gravimetria. As plantas do tratamento controle foram mantidas na capacidade de campo. As avaliações foram realizadas aos quatro, 11 e 18 dias após a submissão ao déficit hídrico e aos dois, cinco e nove dias após a reidratação. O delineamento experimental utilizado foi em blocos ao acaso com quatro repetições. Os resultados obtidos foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e analisados por comparação de médias pelo Teste de Tukey a 5% de significância. A unidade experimental consistiu em um vaso contendo três plantas. Foram avaliados os parâmetros de crescimento, (massa seca da parte aérea e do sistema radicular e área foliar), concentração de pigmentos fotossintéticos (clorofilas a, b, total e de carotenoides totais) e o teor relativo de água em folhas, extravasamento de eletrólitos, teores de açúcares solúveis totais, prolina, peróxido de hidrogênio e malondialdeído em folhas e raízes. Os resultados obtidos permitem inferir que, em plantas de Macroptilium lathyroides e Desmodium incanum há uma relação direta entre o crescimento, caracterizado pelo acúmulo de massa seca na parte aérea e raiz respectivamente, o potencial de água nas folhas, a área foliar e o teor de clorofila total. Relação esta que não foi observada em Vigna luteola. O acúmulo de solutos compatíveis como açúcares solúveis e prolina constitui uma estratégia metabólica evidente para adaptação à restrição hídrica nas três espécies de leguminosas

Physiological and biochemical changes in plants of Macroptilium lathyroides (L.) Urb subjected to drought and different sources of nitrogen

Several works in the literature address the plant biochemical changes in response to drought such as the accumulation of osmoprotectants and antioxidants. It should be highlighted that the understanding of the effect of N sources such as nitrate and ammonium in the response of leguminous forages, mainly native species, such as “feijão dos arrozais” (Macroptilium lathyroides (L.) Urb) is extremely important because it allows to know the adaptative responses of this species, especially in the current scenario of climate change in relation to water deficit tolerance. The objectives of this study was to characterize the biochemical and morphophysiological alterations in M. lathyroides plants subjected to different periods and intensities of water deficit and recovery and, evaluate the effects of nitrogen sources, nitrate or ammonium in relation to biochemical responses to water deficit tolerance and stress recovery. Thus, two experiments were conducted with plants grown from seeds collected in the field and grown in greenhouse conditions. After 42 days of sowing, the plants were transferred to hydroponics in plastic pots, with capacity of 3 L containing half strength Hoagland´s nutrient solution. In the first experiment, four plants per pot were grown in hydroponic system and after 25 days, when plants reached the reproductive stage, they were subjected to water deficit treatments by the application of PEG 6000 with water potentials: -0; -0.0125, -0.025, -0.05 and - 0.1MPa. The treatments consisted of control (without application of water deficit) and application of water deficit (24h-DH and 72h-DH), followed by recovery, when roots were washed with distilled water and kept in hydroponics for 24 hours and 72 hours (24h-REC and 72h-REC) in the absence of PEG, for further evaluation. In the second experiment, the plants were transferred to hydroponics in 3 L plastic pots, containing the nitrogen sources NO3- (15mM) or NH4+ (15mM). After 26 days of grown in the hydroponic system, when the plants were at the reproductive stage, the water stress induction was established with PEG-6000 for the hydric potentials of zero and -0.025MPa. The periods of water deficit and recovery where the same of first experiment. The water potentials of -0.05 and -0.1 MPa in the first experiment were the ones that induced physiological responses, with the most severe effect of water deficit, interfering significantly in growth characteristics of shoots and roots. The enzymatic antioxidant defense system was activated avoiding ou minimizing oxidative damages by the EROs formation in the water potential -0.0125, -0.025 MPa and -0.05 MPa in leaves and -0.0125 and -0.025 MPa in roots. Osmotic adjustment occured concomitantly with proline, amino acids and total soluble sugars accumulation in leaves and roots, favoring the uptake of water by the plants and promoting recovery of oxidative stress. In the second experiment, plants under water deficiency responded efficiently to nitrogen sources, presenting increase of proline, amino acids and total soluble sugars, wich allow tolerance to stress under both sources. Accumulation of these osmolytes were differentiated in leaves and roots, besides higher activities of enzyme nitrate reductase and glutamine synthetase. Nitrate source reduced 12 oxidative stress in leaves and roots of plants subjected to water stress. Results indicate that M. lathyroides presents high adaptative capacity to water deficit and source of available nitrogen.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESDiversos trabalhos na literatura abordam as mudanças bioquímicas que ocorrem nas plantas em resposta ao estresse hídrico, como o acúmulo de osmoprotetores e antioxidantes. Pode-se salientar que o entendimento do efeito das fontes de N como nitrato ou amônio na resposta de forrageiras leguminosas, principalmente as espécies nativas, como por exemplo, o feijão dos arrozais (Macroptilium lathyroides (L.) Urb), é de extrema importância pois, nos proporciona conhecer o comportamento dessa espécie, principalmente no cenário atual de mudanças climáticas, avaliando o efeito do déficit hídrico frente as diferentes fontes de nitrogênio, no desenvolvimento da planta. Desta forma o presente trabalho teve por objetivos caracterizar as alterações morfo-fisiológicas e bioquímicas em plantas de M. lathyroides submetidas a diferentes períodos e intensidades de déficit hídrico e recuperação, e avaliar os efeitos das fontes de nitrogênio nitrato (NO3-) ou amônio (NH4+) quanto às respostas bioquímicas envolvidas na tolerância ao déficit hídrico e recuperação. Assim, foram conduzidos dois experimentos com plantas obtidas a partir de sementes coletadas a campo e cultivadas em casa de vegetação. As plantas destinadas aos experimentos, após 42 dias da semeadura, foram transferidas para hidroponia em vasos plásticos, com capacidade de 3 L com a solução de Hoagland 1/2 força. No primeiro experimento, foram mantidas quatro plantas por vaso e após 25 dias no sistema hidropônico, quando as plantas atingiram o estádio reprodutivo, foram iniciados os tratamentos com déficit hídrico pela aplicação de PEG 6000 com os potenciais hídricos: 0; -0,0125; -0,025; -0,05; -0,1MPa. Os tratamentos consistiram em controle (sem aplicação de déficit hídrico) e aplicação de déficit hídrico (24h-DH e 72h-DH), seguido por recuperação, quando as raízes foram lavadas com água destilada e mantidas em hidroponia por 24 e 72horas (24h-REC e 72h-REC) na ausência de PEG, para posterior avaliação. No segundo experimento, após 42 dias da semeadura, as plantas foram transferidas para hidroponia em vasos plásticos, com capacidade de 3 L, na presença das fontes de nitrogênio NO3-( 15mM) ou NH4+ (15mM). Após 26 dias da implantação do sistema hidropônico, no estádio reprodutivo, foi estabelecida a indução de estresse hídrico com PEG-6000 para os potenciais hídricos de zero e -0,025MPa. Os períodos de déficit hídrico e de recuperação foram os mesmos do experimento anterior. Os resultados obtidos permitem inferir que, os potenciais -0,05 e -0,1 MPa no primeiro experimento, foram os que induziram respostas fisiológicas, com efeito do estresse hídrico mais severo, interferindo significativamente nas características de crescimento de parte aérea e raiz, pigmentos fotossintéticos, potencial hídrico foliar, condutância estomática e extravasamento de eletrólitos em folhas e raízes. O sistema de defesa antioxidante enzimático foi acionado, fazendo com que os danos oxidativos, pela formação de EROs, fossem evitados ou minimizados nos potenciais -0,0125, -0,025 MPa e -0,05 MPa em folhas e - 100,0125 e -0,025 MPa em raízes, concomitantemente ocorreu o ajuste osmótico com acúmulo de prolina, aminoácidos e açúcares solúveis totais em folhas e raízes, favorecendo a absorção de água pelas plantas e promovendo a recuperação do estresse oxidativo. No segundo experimento, com a deficiência hídrica pode-se observar que as plantas responderam eficientemente às fontes de nitrogênio, apresentando aumento de prolina, aminoácidos e açúcares solúveis totais, o que possibilita à tolerância ao estresse frente às duas fontes, sendo diferenciadas estas respostas quanto ao acúmulo em folhas e raízes, além de maior atividade das enzimas NR e GS. A fonte de NO3- reduziu o estresse oxidativo em folhas e raízes de plantas submetidas ao estresse hídrico. As diferentes variáveis analisadas indicam que (M. lathyroides (L.) Urb.) apresenta elevada capacidade adaptativa ao estresse hídrico

Efeito da temperatura sobre a germinação e crescimento inicial de sementes de Capsicum frutescens (L.)

A oscilação de temperatura, provocada pelas mudanças climáticas, vem afetando a agricultura em diversos pontos de áreas agricultáveis, com isso, há a necessidade da realização de estudos quanto à adaptabilidade das culturas a uma ampla faixa de temperatura. Desta forma, o objetivo do estudo foi verificar a eficiência da germinação e estabelecimento inicial de plântulas de pimenta malagueta submetidas a temperaturas sub e supra ótimas. O experimento foi conduzido em delineamento experimental inteiramente casualizado, em esquema fatorial constituído por uma espécie e três temperaturas (15 °C, 25 °C e 35 °C). As sementes foram submetidas aos testes de germinação, sob fotoperíodo de 12 horas durante 14 dias, juntamente com primeira contagem de germinação, índice de velocidade de germinação, comprimento de plântulas, massa seca total, condutividade elétrica, atividade respiratória e curva de embebição sob as temperaturas de 15, 25 e 35 °C. A temperatura de 25 °C apresentou superioridade aos demais tratamentos em todas as variáveis testadas. Nas temperaturas de 15 e 35 ºC, a germinação foi completamente inibida. Testes como os executados no presente estudo são eficientes para a determinação da viabilidade das sementes em diferentes faixas de temperatura

Efeito da temperatura sobre a germinação e crescimento inicial de sementes de Capsicum frutescens (L.)

The temperature oscillation, provoked by the climatic changes, has been affecting the agriculture in several points of agricultural areas, with that, it is necessary to carry out studies on the adaptability of the crops to a wide range of temperature. Thus, the objective of the study was to verify the efficiency of the germination and initial establishment of chilli pepper seedlings submitted to sub and supra optimal temperatures. The experiment was conducted in a completely randomized experimental design, in a factorial scheme consisting of one species and three temperatures (15 ° C, 25 ° C and 35 ° C). The seeds were submitted to germination tests, under a photoperiod of 12 hours for 14 days, together with first germination count, germination speed index, seedling length, total dry mass, electrical conductivity, respiratory activity and imbibition curve under the temperatures of 15, 25 and 35 °C. The temperature of 25 ° C presented superiority to the other treatments in all variables tested. At temperatures of 15 and 35 ° C, germination was completely inhibited. Tests such as those performed in the present study are efficient for the determination of seed viability in different temperature ranges.A oscilação de temperatura, provocada pelas mudanças climáticas, vem afetando a agricultura em diversos pontos de áreas agricultáveis, com isso, há a necessidade da realização de estudos quanto à adaptabilidade das culturas a uma ampla faixa de temperatura. Desta forma, o objetivo do estudo foi verificar a eficiência da germinação e estabelecimento inicial de plântulas de pimenta malagueta submetidas a temperaturas sub e supra ótimas. O experimento foi conduzido em delineamento experimental inteiramente casualizado, em esquema fatorial constituído por uma espécie e três temperaturas (15 °C, 25 °C e 35 °C). As sementes foram submetidas aos testes de germinação, sob fotoperíodo de 12 horas durante 14 dias, juntamente com primeira contagem de germinação, índice de velocidade de germinação, comprimento de plântulas, massa seca total, condutividade elétrica, atividade respiratória e curva de embebição sob as temperaturas de 15, 25 e 35 °C. A temperatura de 25 °C apresentou superioridade aos demais tratamentos em todas as variáveis testadas. Nas temperaturas de 15 e 35 ºC, a germinação foi completamente inibida. Testes como os executados no presente estudo são eficientes para a determinação da viabilidade das sementes em diferentes faixas de temperatura

Desempenho bioquímico de plântulas de feijão sob restrição hídrica no início do desenvolvimento

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a o desempenho de cultivares de feijão submetidas ao déficit hídrico no desenvolvimento inicial das plantas. O experimento foi conduzido na Universidade Federal de Pelotas. As sementes utilizadas foram das cultivares BRS Esteio e IPR Tuiuiú, ambas cultivares do grupo preto. A restrição hídrica foi imposta utilizando PEG-6000 como redutor de potencial osmótico para realizar o teste de germinação. No décimo dia de germinação foram coletadas as plântulas para a avaliação dos seguintes testes: teores de prolina, peróxido de hidrogênio, peroxidação lipídica e enzimas antioxidante que foram avaliadas através da atividade específica das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX). O delineamento utilizado foi de inteiramente casualizado, no esquema fatorial duas cultivares por quatro potenciais osmóticos. Os dados foram submetidos à análise de variância e os valores de F quando significativos foram comparados pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Os resultados demonstram que a restrição hídrica, conforme o potencial osmótico, afeta de forma distinta a atividade das enzimas CAT, SOD, APX. O que pode resultar em plantas menos adaptadas ao estresse hídrico