Cadmium effect on the association of jackbean (Canavalia ensiformis) and arbuscular mycorrhizal fungi

O efeito do cádmio na associação micorrízica e no teor e acúmulo de Cd na raiz e parte aérea de feijão de porco foi avaliado em condição de hidroponia. Os tratamentos consistiram da inoculação ou não de três espécies de fungos micorrízicos arbusculares (FMAs), Glomus etunicatum, G. intraradices e G. macrocarpum, e uma testemunha (ausência de FMA), duas concentrações de Cd ( 0 e 5 µmol L-1) e de P (1 e 10 mg L-1) na solução nutritiva. Foram determinados a colonização micorrízica, o comprimento do micélio extraradical, atividade da peroxidase nas raízes, crescimento das plantas e teor e acúmulo de Cd e P na raiz e na parte aérea das plantas. A associação micorrízica não promoveu crescimento das plantas mas aumentou a concentração foliar e radicular de Cd. O metal pesado foi acumulado principalmente nas raízes e somente uma pequena quantidade foi translocada para a parte aérea. A colonização micorrízica não foi influenciada pelo Cd adicionado, mas o micélio extrarradicular mostrou-se sensível ao metal, tendo sido reduzido em 25%, principalmente na menor concentração de P adicionado. Nesta mesma concentração de P, a adição de Cd reduziu a atividade da peroxidase nas raízes das plantas não colonizadas e nas colonizadas por G. macrocarpum. Entretanto, as raízes micorrizadas mostraram valores menores de atividade da enzima. Melhor desempenho da associação micorrízica foi constatado nas plantas colonizadas por G. etunicatum, o qual mostrou-se promissor na fitorremediação de solos contaminados por Cd quando em associação ao feijão de porco.The effect of cadmium (Cd) on mycorrhizal association and on shoot and root Cd concentration was investigated in jackbean plants under hydroponic conditions. The treatments consisted of the inoculation of three different species of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), Glomus etunicatum, G. intraradices and G. macrocarpum, and a non-inoculated control, two Cd (0 and 5 µmol L-1) and two P (1 and 10 mg L-1) levels in the nutrient solution. Mycorrhizal colonization, length of AMF extraradical mycelium, guaiacol peroxidase activity in roots, plant growth and root and shoot Cd and P concentrations were determined. Mycorrhizal status did not promote jackbean growth but in most of the cases mycorrhization increased root and shoot Cd concentrations. Cd ions were accumulated mainly in roots and only small amounts were translocated to the shoot. Cd addition did not affect root colonization by AMF but the AM extraradical mycelium (ERM) was sensitive to the added Cd. ERM length was reduced by 25% in the presence of Cd. This reduction was more pronounced under conditions of low P concentration. Also at this P concentration, Cd addition decreased guaiacol peroxidase activity in non-mycorrhizal roots and in roots colonized by G. macrocarpum. However, mycorrhizal roots maintained lower values of peroxidase activity. G. etunicatum showed the best performance when associated to jackbean plants and it could be a promising association for phytoremediation of Cd- contaminated soil

Soil microbial biomass and activity under the influence of lead addition and mycorrhizal soybean rhizosphere

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da adição de chumbo (Pb) ao solo na biomassa e atividade microbianas do solo sob influência da rizosfera de soja micorrizada. O trabalho foi realizado em casa de vegetação, com delineamento inteiramente casualizado num esquema fatorial 4x2x2 utilizando-se 0, 150, 300 e 600 mg dm-3 de Pb, inoculação ou não do fungo micorrízico arbuscular (FMA), Glomus macrocarpum, e duas épocas de amostragem – florescimento e maturação da soja. Avaliaram-se o C da biomassa microbiana, a liberação de CO2 do solo e a atividade de três enzimas, desidrogenase, fosfatase alcalina e arilssulfatase. O Pb afetou negativamente o C da biomassa e a atividade da microbiota rizosférica, ocorrendo interação entre a presença de propágulos de FMA e o estádio de desenvolvimento da planta. A atividade da fosfatase alcalina foi a mais afetada pelas altas concentrações de Pb adicionadas ao solo, com redução de 60% na sua atividade, mostrando-se um indicador sensível do estresse metabólico da comunidade microbiana do solo causado pelo excesso de chumbo. A micorrização da soja influenciou de forma direta a microbiota rizosférica, resultando em maior atividade e biomassa, principalmente no estádio de maturação da soja. A microbiota do solo apresentou sintomas de estresse decorrentes da adição de chumbo.The objective of this work was to evaluate the effects of lead addition on soil microbial biomass and activity under the influence of the rhizosphere of mycorrhizal soybean. The experimental design was completely randomized and arranged in a 4x2x2 factorial scheme, using 0, 150, 300 and 600 mg dm-3, inoculation or not of the arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) Glomus macrocarpum and two sampling periods: soybean flowering and maturity. Microbial biomass C, soil respiration and the activity of three soil enzymes (deshydrogenase, alkaline phosphatase and arilsulphatase) were determined. The most affected enzyme was alkaline phophatase, whose activity was reduced in 60%, and which was a sensible indicator of the microbial metabolic stress caused by high Pb concentrations. Soybean mycorrhization directly influenced the rhizospheric microbiota leading to higher activity and biomass, mainly at soybean maturity stage. Soil microbiota showed stress symptoms due to Pb addition to soil

Tolerance and phytoremediation potential of Stizolobium aterrimum associated to the arbuscular mycorrhizal fungi Glomus etunicatum in lead-contaminated soil

Heavy metal pollution of soils has increased significantly in the last years owing to anthropic action. Several techniques can be used to revert or to minimize soil contamination, although many of these techniques are harmful to the soil. An alternative is to use a new technique, called phytoremediation, based on the ability of plants to take up elements from soils with excessive high levels of metals or of other potentially toxic elements and thus contribute to soil decontamination. The inoculation of plants with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can influence the absorption of these elements. The phytoremediation potential of Stizolobium aterrimum plants with or without AMF in soils with increasing lead concentrations was evaluated in a greenhouse experiment, in a 4 x 2 factorial design. The treatments consisted of the addition of four Pb rates (0, 250, 500 and 1000 mg dm-3) to the soil where black velvet bean plants associated or not with Glomus etunicatum AMF where grown. The results showed that black velvet bean was Pb tolerant at the tested rates. The association with AMF did not influence the Pb plant uptake. However, the mycorrhiza influenced biological nitrogen fixation by increasing the activity of the enzyme nitrogenase in mycorrhizal plants. Despite the good results obtained in relation to Pb tolerance of black velvet bean, further studies on the uptake of this element are needed, above all in the case of multicontaminated soils, as actually observed in polluted systems.A poluição do solo com metais pesados tem aumentado significativamente nos últimos anos, devido à ação antrópica. Diversas técnicas podem ser utilizadas para reverter ou minimizar a condição de contaminação do solo, porém muitas delas são prejudiciais ao solo. Uma alternativa é a utilização da fitorremediação, já que as plantas possuem a capacidade de absorver elementos do solo e, dessa maneira, promover sua descontaminação com teores excessivos de metais e outros elementos potencialmente tóxicos. A associação de plantas com fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) pode influenciar a absorção desses elementos. Com o objetivo de avaliar o potencial fitorremediador de plantas de Stizolobium aterrimum associadas ou não a FMAs em solos com concentrações crescentes de Pb, realizou-se um experimento sob condições de casa de vegetação, em esquema fatorial 4 x 2. Os tratamentos consistiram na adição de quatro doses de Pb (0, 250, 500 e 1.000 mg dm-3) e da inoculação ou não de FMA. Os resultados mostraram que a planta foi tolerante ao Pb nas doses utilizadas. A associação com FMA não influenciou a absorção de Pb pela planta. No entanto, a micorrização influenciou a fixação biológica de N2, observando-se maior atividade da enzima nitrogenase em plantas micorrizadas. Apesar dos bons resultados obtidos com relação à tolerância dessa planta ao Pb, mais estudos precisam ser realizados acerca da absorção desse elemento, principalmente em solo multicontaminado, que é a realidade encontrada em sistemas poluídos.1441145

Nickel toxicity in common bean plants and effects on soil microbiota

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da adição de Ni ao solo (0, 2,3, 10,5, 47 e 210 mg kg-1), na presença e ausência de calcário, sobre: o desenvolvimento do feijoeiro; a fitodisponibilidade de Ni e algumas características biológicas do solo. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, em Latossolo Vermelho distrófico. A dose de Ni de 210 mg kg-1 causou a morte de todas as plantas, tanto na presença como na ausência de calcário. Houve aumento da produção de grãos de feijão no tratamento que recebeu calcário. A concentração de Ni dos grãos aumentou com o incremento de Ni no solo, ultrapassando o limite máximo permitido, de 5 mg kg-1 de matéria fresca, na dose de 2,3 mg kg-1, indicando que a aplicação de calcário não foi suficiente para reduzir os teores de Ni no grão de feijão a níveis apropriados para o consumo. Observou-se diminuição da biomassa microbiana do solo nos tratamentos com altas concentrações de Ni, que foi acompanhada por aumento no qCO2. O qCO2 foi um indicador adequado do grau de estresse que teve a comunidade microbiana do solo com a adição de Ni.The aim of this work was to evaluate the effect of Ni addition (0, 2.3, 10.5, 47 and 210 mg kg-1), in the presence and absence of lime, on: common beans development, Ni phytoavailability, and soil biological characteristics. A greenhouse experiment was conducted using a sample of a Rhodic Hapludox. Rate of 210 mg kg-1 of Ni caused plant death in both the absence and the presence of lime. Grain yield of common beans was higher in treatments with lime addition. However, grain Ni concentration increased with Ni addition, exceeding the maximum admissible value, of 5 mg kg-1 (fresh weight), already at rate of 2.3 mg kg-1. Lime addition was not enough to reduce grain Ni concentrations to permissible levels for consumption. The addition of high concentrations of Ni decreased soil microbial biomass, and this reduction was accompanied by an increase in the metabolic quocient. The qCO2 was an adequate indicator of the stress level caused by Ni addition on soil microbial community

Phosphorus Shortage Induces an Increase in Root Exudation in Fifteen Eucalypts Species

A significant proportion of the carbon fixed by plants is transported to the roots and exuded to the rhizosphere. Exudates may have important roles in the rhizosphere, such as desorbing labile phosphorus (P) or mobilizing manganese (Mn) and other metal cations. This study evaluated the root exudation profiles of seedlings of 15 eucalypt species in response to a P shortage and if the ability to exude organic compounds was related to P and Mn accumulation in the shoots. The plants were grown on sand and were irrigated with nutrient solutions containing either sufficient P (500 µM) or low P (25 µM). Organic acids (OA), amino acids/polyamines, and phenolics were analyzed in the root exudates by UPLC-MS/MS. Plants with a low P level had low leaf P contents and growth reduction. A P shortage induced the exudation of the three groups of metabolites analyzed at higher levels than sufficient P availability. Despite that, the composition pattern of root exudates was similar among species under low or sufficient P concentrations. Citric and isocitric acids were the major OAs found in the exudates, followed by oxalic, malic, and succinic acids. Among the amino acids/polyamines identified, putrescine was the most abundant in all species, followed by glycine. Cinnamic acid was the predominant phenolic in the root exudates. Our results indicate that P limitation induces a conserved response genetic mechanism in eucalypts. Such results can be further investigated to adapt commercial clones to soils with low P availability

Atenuação, pela associação micorrizica arbuscular, do estresse causado por cadmio em plantas

Orientador : Adriana Parada Dias da SilveiraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: A acumulação de Cd pelas plantas e a crescente presença desse metal no sistema edáfico é, atualmente, de grande preocupação ambiental pois pode acarretar problemas para a saúde humana e causar efeitos deletérios no ecossistema edáfico. A micorriza arbuscular (MA), considerada uma simbiose quase que universal entre plantas superiores e fungos da ordem Glomales, constitui uma ponte entre o solo e a planta tendo influência direta na absorção de nutrientes e de elementos potencialmente tóxicos. Nesse contexto, o presente trabalho estudou a influência da associação micorrízica arbuscular em plantas potencialmente remediadoras de solos contaminados, feijão de porco, milho e girassol, na absorção e acúmulo de Cd, e na possível atenuação do estresse causado pelo excesso de Cd nas plantas hospedeiras. Com esse propósito, foram avaliados parâmetros de crescimento, a distribuição de Cd na parte aérea, raízes e no micélio extrarradicular dos fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) inoculados e associados às plantas hospedeiras. A atividade da guaiacol peroxidase nas raízes, umas das enzimas chave no sistema antioxidante da planta, a absorção de nutrientes e a atividade da fosfatase em folhas foram utilizadas na avaliação do estresse e da possível tolerância das plantas ao Cd. De forma geral, as plantas beneficiaram-se da associação com FMAs, tanto na ausência como na presença de Cd. No entanto, mostraram respostas diferentes em termos de acúmulo de Cd. O feijão de porco, quando associado a Glomus etunicatum, e o girassol colonizado por G. intraradices absorveram maiores quantidades de Cd do que plantas não micorrizadas (NM). Já o milho colonizado por G. macrocarpum absorveu menores quantidades de Cd do que os homólogos NM. O girassol acumulou concentrações de Cd superiores a 200 mg kg-1 na parte aérea, podendo ser considerada uma planta hiperacumuladora de Cd, sendo que absorveu e translocou ainda maiores concentrações de Cd quando associado a G. intraradices. A micorrização do milho promoveu o seu crescimento, melhorando a nutrição mineral e atenuando o estresse da planta em condições de excesso de Cd. A atividade da enzima guaiacol peroxidase mostrou-se um indicador sensível do estresse oxidativo causado pelo Cd nas raízes, sendo induzida na presença do metal e influenciada pela micorrização das plantasAbstract: Cd accumulation by plants and the increasing presence of this metal in the soil system is nowadays of great environmental concern. Cd contamination can bring human health problems and harmful effects to the soil ecossystem. Arbuscular mycorrhiza (AM) is considered a universal symbiosis between higher plants and fungi from the order Glomales. This symbiosis is a direct link between soil and plant roots, with a direct influence in nutrient and potentially toxic elements uptake. In this context, the present research studied the influence of the arbuscular mycorrhizal association in potencial remediator plants of contaminated soil, jackbean, maize and sunflower, on Cd uptake and accumulation patterns and evaluated the possible alleviation of the stress caused by excess Cd confered to the host plants. With this intention, plant growth parameters and Cd distribution in shoots, roots and in the extraradical mycelia of the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculated were evaluated. Guaiacol peroxidase activity in plant roots, as one of the key enzymes of the antioxidant system in plants, nutrient uptake and phosphatase activity in leaves were used to evaluatethe stress caused by Cd and the possible phytotoxicity alleviation in plants due to mycorrhiza. In a general way, plants benefited from the AM association, both in the ausence and in the presence of Cd. However, plant response in terms of Cd accumulation differed. Jackbean plants associated to G. etunicatum and sunflower plants colonized by G. intraradices absorved higher amounts of Cd than non-mycorrhizal (NM) plants. Sunflower plants colonized by G. intraradices showed a shoot Cd concentration higher than 200 mg kg-1 and can be considered a Cd hyperaccumulator plant. In addition, sunflower plants absorved and translocated still higher Cd amounts when in association with G. intraradices. Maize mycorrhization promoted plant growth, ameliorated mineral nutrition and attenuated plant stress in excess Cd conditions. Guaiacol peroxidase activity showed to be a sensitive biomarker of the oxidative stress caused by Cd in plant roots. The enzime was induced in the presence of the metal and influenced by plant mycorrhal statusDoutoradoBiologia VegetalDoutor em Genetica e Biologia Molecula

Interação de micorriza e chumbo no desenvolvimento da soja e seu efeito na atividade microbiana do solo

Orientador : Adriana Parada Dias da SilveiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaMestrad