ALVES, V. M. C.

CAMPOS, L. J. M.

MAGALHAES, J. V.

PITTA, G. V. E.

PRATES, H. T.

QUEIROZ, C. G. de S.

SCHAFFERT, R. E.

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa

EXSUDAÇÃO DE ÁCIDO CÍTRICO E TEOR DE ALUMÍNIO EM  DIFERENTESREGIÕES DE RAÍZES DE MILHO (ZEA MAYS L.)Leonardo José Motta Campos1; Vera Maria Carvalho Alves2; Hélio Teixeira Prates2; CristinaGenerosa de Senna Queiroz3; Jurandir Vieira Magalhães2; Gilson Vilhaça Excel Pitta2; Robert EugeneSchaffert2.1-INTRODUÇÃOO conhecimento dos mecanismos de tolerância ao Al+3 apresentados pelas plantas éfundamental para produção de cultivares tolerantes a este elemento. Contudo, as bases fisiológicasdestes mecanismos não estão totalmente compreendidas (Kochian et al., 2004). Não existe aindaconsenso sobre o sítio primário da ação tóxica do alumínio na célula, porém, sabe-se que o ápiceradicular é o ponto chave no processo da ação tóxica do metal. Acredita-se que o alumínio provoquedanos celulares, por sua influência negativa na parede celular, na membrana plasmática, no transportede íons ou na tradução de sinais iniciados na membrana (Ma et al., 2001). Ácidos orgânicos exercemum importante papel na detoxificação interna e externa do Al+3, pois possuem grupos carboxílicos quese ligam ao Al+3, no simplasto ou no apoplasto (quando exsudados), reduzindo sua toxidez (Ryan etal., 2001). A exsudação de ácidos orgânicos por células de ápice de raiz, provocada pelo contatoespecífico do Al+3 com estas células, diminui a atividade dos íons de Al+3 livres, pela formação dequelatos, reduzindo o contato destes íons com a parede celular e com a membrana plasmática (Ryan etal., 2001; Barceló et al., 1996). Em raízes de milho foi observada exsudação de ácidos orgânicosativada pelo Al+3, sendo o citrato o principal ânion orgânico exsudado (Pellet et al., 1995).Experimentos realizados até o momento tem detectado a presença destes ácidos em solução nutritiva,impossibilitando a localização da exsudação na raiz. O objetivo deste trabalho foi quantificar aexsudação de ácido cítrico em regiões da raiz, de três linhagens de milho com tolerância diferencial aoAl;  verificar a contribuição de outras partes radiculares na exsudação de ácido cítrico, a relação entrea tolerância apresentada pelas plantas e sua exsudação, e a correlação entre a  quantidade de ácidosexsudada  com o teor de alumínio detectado na raiz.2-MATERIAL E MÉTODOSForam estudadas 3 linhagens de milho, desenvolvidas pela Embrapa Milho e Sorgo - SeteLagoas (MG), com diferentes níveis de tolerâncias ao alumínio: Cateto - tolerante, L3 - tolerânciaintermediária e L53 - sensível ao alumínio (Alves et al. 2000). Sementes selecionadas foramesterilizadas e colocadas em papel de germinação umedecido com água deionizada. As sementespermaneceram em câmara de crescimento por quatro dias em condições de fotoperíodo de 12 horas(24/18 °C dia/noite) e umidade relativa de 70 %. Após a germinação, as plântulas foram transferidaspara recipientes contendo 8,5 L de solução nutritiva (Magnavaca, 1982) sem alumínio, pH 4,2 comarejamento constante, permanecendo  nesta solução  por 24 horas. A concentração e atividade doalumínio na solução, adicionado na forma de AlK(SO4)2, foi determinada a partir do programaGEOCHEM. Foi quantificada a exsudação de ácido cítrico em diferentes zonas da raiz (0 a 4 mm, 10 a14 mm e 45 a 49 mm do ápice), em plantas expostas ou não ao Al (40 M de atividade de Al+3) por 48horas. A coleta e as condições analíticas foram adaptadas a partir de metodologias originais propostaspor Newmann (1999) e Dinkelaker et al. (1997) e de experimentos posteriores (Campos et al., 2002).Após  exposição ao Al+3, as plantas foram transferidas para placas de acrílico forradas com papel filtroumedecido. No ponto selecionado para a coleta de ácidos orgânicos, discos de papel de cromatografia(Watmam) com 4 mm de diâmetro foram colocados abaixo e acima da raiz. Após duas horas, os discosforam retirados e colocados em tubos ependorff, contendo 1 ml de água deionizada. Todo o processofoi realizado a 4 ºC de temperatura. Uma alíquota foi retirada, filtrada, e transferida para outroependorff. Os ependorff foram armazenados a -20 ºC, para análise posterior em HPLC seguindometodologia de Campos et al. (2002). O limite de detecção para o ácido cítrico foi de 0,3253 M e arecuperação em torno de 98%. Para verificação do teor de Al+3 nas raízes de milho, as diferentesregiões das raízes (0 a 4 mm, 10 a 14 mm e 45 a 49 mm do ápice) foram coletadas em ependorff (24segmentos por ependorff) e analisados conforme metodologia descrita por Silva (1999). Oexperimento consistiu de quatro repetições por tratamento, onde cada repetição foi composta por 12plantas. Foi adotado um delineamento inteiramente casualizado, sendo a análise estatística realizadapelo programa Sisvar.3-RESULTADOS  E DISCUSSÃOAs raízes de todas as linhagens apresentaram exsudação de ácido cítrico mesmo sem contatocom  Al. A presença de alumínio na solução gerou um incremento na exsudação de ácido cítrico noápice  de todas as linhagens (Figura 01).                                                                                                                                                                            1Doutorando/ Biologia Vegetal/Universidade Federal de Minas Gerais; 2Pesquisador/Embrapa Milho e Sorgo;Cateto-Al +AlL53+Al-Al L3+Al-Al7,266 aA8,772 aA7,414 aA12,566 aB  8,150 aA11,291 aB  8,015 bA15,805 bB48,920 aB  9,065 aA  7,015 aA10,154 aA11,238 aA  9,155 aA  9,730 aA  9,909 bA14,038 bB23,315 aB45-49 mm10-14 mm  0-4 mmRegião da raizFigura 1. Ácido cítrico exsudado (pmol. duas horas-1), em três pontos da raiz (0-4 mm, 10-14 mm do ápice e45-49 mm do ápice) de três linhagens de milho com tolerância diferencial ao Al (Cateto-tolerante, L3 -tolerância mediana, L53-sensível) submetidas (+Al) ou não (-Al) a 40 µM de atividade de Al+3 por 48 horas.Letras minúsculas comparam médias verticais e maiúsculas comparam médias horizontais (Tukey, p<0,05).Considerando-se apenas a região do ápice ( 0-4mm), a maior taxa de exsudação ocorreu naL3, seguida por Cateto e L53. A linhagem L3 apresentou aumento de 380% em sua exsudação, quandosubmetidas ao  tratamento com alumínio, enquanto na Cateto a elevação foi de 140%. Na linhagemL53 o incremento  na exsudação  proporcionado pela presença de alumínio foi de apenas 52% (Figura01). Maiores taxas de exsudação de ácido cítrico na linhagem L3 também foram registradas por Alveset al. (2000), cujos resultados foram baseados em quantificação de citrato em alíquotas de soluçãonutritiva correspondente aos tratamentos com alumínio.Examinando-se os resultados de exsudação de citrato  nas três regiões da raiz (Figura 01),verifica-se que  outras partes da raiz, além do ápice,  podem exsudar quantidades significativas  desteácido.  A maior taxa de exsudação foi de 48,92 pmol.2 horas-1 no ápice (0 a 4 mm), em plantas dalinhagem L3 submetidas à concentração de 40 µM de alumínio. Quantificando-se citrato na soluçãonutritiva na qual as raízes ficaram submersas, Pellet et al. (1995) observaram em plantas de milhoexsudação de 250 pmol.ápice-1.hora-1, em condições de tratamento corresponde a 40 µM de atividadede Al+3. Piñeros et al. (2002)  detectaram 400 pmol.hora-1.raiz-1 em raízes de milho expostas a  80µM de atividade de Al+3.  A técnica utilizada neste trabalho, em diferentes regiões da raiz,  permitiu acoleta de ácido orgânico presente somente na camada de células superficiais da raiz.Na  região da raiz situada ente 10 e 14 mm a partir do ápice, a presença de Al elevou aexsudação de ácido cítrico nas linhagens L3 e Cateto (124% e 53% respectivamente). Ainda nestaregião, quando comparada ao ápice,  registrou-se uma diminuição no ácido cítrico exsudado pelaslinhagens L3 e Cateto (68 % e 40 % respectivamente) no tratamento com Al. Entre 45-49 mm doápice, houve acréscimo de 73 % na exsudação na linhagem L53  induzido pelo Al (Figura 04),enquanto que em Cateto e L53, observou-se redução na exsudação de ácido cítrico nos tratamentoscom Al, quando comparado com seus respectivos ápices.Nas plantas da linhagem  Cateto o teor de Al encontra-se distribuído uniformemente emtodos as regiões analisadas. A linhagem L3 apresentou a menor concentração de Al localizada entre 0a 4 mm do ápice radicular, enquanto a L53 revelou , nesta zona da raiz, o maior teor de Al (Figura 2) .                                                                                                                                                                            3Professora/Universidade Federal de Minas Gerais (leojmc@yahoo.com.br)Cateto+AlL53+Al L3+Al0,7070 bA1,4600 aB1,5720 aC 0,8180 bA1,0030 bA0,6099 aB 0,9780 aA1,0120 aA0,9145 aA45-49 mm10-14 mm  0-4 mmRegião da raizFigura 02. Teor de Al (mg. g massa seca-1) encontrado em três zonas da raiz (0-4 mm, 10-14 mm e 45-49mm do ápice) das linhagens submetidas a 40µM de atividade de Al+3 por 48 horas. Letras minúsculascomparam médias verticais e maiúsculas comparam médias horizontais (Tukey, p<0,05).Nas linhagens Cateto e L3, o teor de Al presente nas regiões entre 10 e 15 mm e entre 45 e 49 mm doápice das raízes foi semelhante. Na linhagem L53 o teor de Al presente na região da raiz entre 45 a  49mm diminuiu em 48,5% em comparação com a região entre 10 e 15 mm do ápice, que manteve teorigual ao do ápice.Comparando-se a exsudação de ácido cítrico com o teor de alumínio na região compreendidaentre 0-4 mm da raiz (Figura 3) em todas as linhagens, observa-se que a linhagem Cateto, embora sejaconsiderada de maior tolerância a alumínio, exsuda menor quantidade de citrato que a linhagem L3,considerada de tolerância intermediária.Esses resultados sugerem em Cateto a presença de outro mecanismo de tolerânciacomplementar ou mais eficiente, que a exsudação de ácido cítrico. Por outro lado, a sensibilidade aoalumínio, representada pela linhagem L53, correspondeu a menor taxa de exsudação de ácido cítrico eao maior teor de Al interno. Esses dados caracterizam a eficiência  da exsudação de ácidos orgânicosnas linhagens tolerantes como um fator de proteção do ápice da raiz contra a toxidez de alumínio.Wenz et al. (2001) comparando duas espécies de braquiária com tolerância diferencial ao Al,observaram que Brachiaria ruziziensis, espécie menos tolerante, exsudou maiores quantidades deácido cítrico e oxálico que  Brachiaria decumbens, caracterizada  como mais tolerante e esses  autoresidentificam a exsudação de ácidos orgânicos como um mecanismo secundário de tolerância ao Al.Ryan et al. (2001) também argumentam ser pouco  provável a existência de um único mecanismo queexplicaria a tolerância ao Al em diversas culturas. A existência de outros mecanismos, tais como:composição e espessura da parede celular, exsudação de compostos fenólicos ou mecanismos detolerância interna atuando em conjunto com a exsudação de citrato, poderiam justificar os resultadosencontrados neste estudo.4-CONCLUSÕES A utilização de discos de papel de cromatografia, colocados diretamente na superfície da raiz,constitui-se numa ferramenta adequada para coleta de ácidos orgânicos exsudados0 10 20 30 40 50 60 700,00,20,40,60,81,01,21,41,61,8L 3CatetoL 53Y = 1,51731 - 0,017 XR = - 0,7507P = 0,0049Teor de Al (mg.g -1  ms)Teor de ácido cítrico (pmol.2 horas-1)Figura 03. Correlação entre teor de ácidocítrico exsudado e teor de Al detectado noápice da raiz (0-4 mm) das linhagens demilho submetidas a 40 M de atividade deAl+3 por 48 horas. A exsudação de ácido cítrico por raízes de milho ocorre tanto na presença como na ausência dealumínio, sendo estimulada por este íon A exsudação de citrato foi detectada em diferentes regiões da raiz, sendo maior no ápice Observou-se uma correlação negativa entre teor de ácido cítrico exsudado e teor de alumínio noápice radicular. A sensibilidade ao alumínio, representada pela linhagem L53, correspondeu àmenor taxa de exsudação de ácido cítrico e ao maior teor de Al interno.5- BIBLIOGRAFIAALVES, V.M.C.; MAGALHÃES, J.V.; SHAFF, J.E., PIÑEROS, M.A.; PURCINO, A.A.C.;PARENTONI, S.N.; PITTA, G.V.E.; PRATES, H.T.; SCHAFFERT, R.E.; KOCHIAN, L.V.Exsudação de ácidos orgânicos como mecanismo de tolerância a alumínio em milho. In: XXIIICongresso Nacional de Milho e Sorgo, Uberlândia. Anais..., 2000.BARCELÓ J., POSCHENRIEDER C.H., VAZQUEZ M.D. & GUNSÉ B., Aluminium Phytotoxicity:A challenger for plant scientists. Fertilizer Research, v. 43, p. 217-223. 1996.DINKELAKER, B.; HENGELER, C.; NEUMANN, G.; ELTROP, L.; MARSCHNER, H. Rootexudates and mobilization of nutrients. In: RENNENBERG, H.; ESCHRICH, W.; ZEIGLER, H. (eds),Trees-Contributions to modern tree physiology. Backhuys Publishers: Leiden, 1997. p. 441-452.KOCHIAN, L.V.; HOEKENGA. O.A. & PIÑEROS, M.A. How do crop plants tolerate acids soils?Mechanisms of aluminum tolerance and phosphorus efficiency. Annu. Rev. Plant Physiol. and PlantMol. Biol., v. 46, p. 237–260, 2004.CAMPOS, L.J.M.; ALVES, V.M.C.; PRATES, H.T.; QUEIROZ, C.G. DE S.; PITTA, G.V.E.;SCHAFFERT, R.E. Utilização da técnica de cromatografia líquida na determinação de ácidosorgânicos em raiz de milho (Zea mays L.). In: XXIV Congresso Brasileiro de Milho e Sorgo,Florianópolis. Anais..., 2002.MA J. F., RYAN P. R., DELHAIZE E., Aluminium tolerance in plants and the complexing role oforganic acids. Trends in Plant Sci., v. 6, p. 273-278, 2001.MAGNAVACA, R. Genetic variability and the inheritance of aluminum tolerance in maize (Zeamays L.). 1982. 135 f. Tese. (Ph.D. Thesis) – University of Nebraska, Lincon.NEUMANN, G.; HAAKE, C; ROMHELD, V. Improved HPLC method for determination ofphytosidero- phores in root washings and tissue extracts. Journal-of-Plant-Nutrition, v. 22, n. 9, p.1389-1402, 1999.PELLET D.M., GRUNES D.L. & KOCHIAN L.V., Organic acid exudation as an aluminum tolerancechanism in maize (Zea mays L.). Planta, v.196, p. 788-795, 1995.PIÑEROS, M.A.; Magalhães, J.V.; ALVES, V.M.C.; KOCHIAN, L.V. The physiology and biophysicsof aluminum tolerance based on root citrate exudation in mayze. Plant Physiology, v. 129, p. 292-305, 2002.ROUT G.R., SAMANTARAY S. & DAS P., Aluminium toxicity in plants: a review. Agronomie, v.21, p. 3-21, 2001.RYAN P.R., DELHAISE E. & JONES D.L., Function and Mechanism of Organic Anion Exudationfrom Plant Roots. Annu. Ver. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., v. 52, p. 527-560, 2001.SILVA, F. C., Manual de Análises Químicas de Solos Plantas e Fertilizantes. Embrapa Solos eEmbrapa Informática Agropecuária, 1ª ed. Brasília, 1999. p. 204-208.

Exsudação de ácido cítrico e teor de alumínio em diferentes regiões de raízes de milho (Zea mays L.).

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa