Resumo em Português:

Altas concentrações de Cd, Pb, Cu e Cr podem provocar efeitos danosos ao ambiente. Esses poluentes altamente tóxicos constituem um risco para a vida aquática e terrestre. Encontram-se associados às diversas frações geoquímicas biodisponíveis, a exemplo da fração solúvel em água e da fração trocável, e as não disponíveis como a fração associada à rede cristalina de argilas e de minerais silicatados. Conforme as suas propriedades químicas e físicas podem-se distinguir mecanismos diferentes de toxicidade de metais em plantas, tais como produção de espécies reativas de oxigênio pela auto-oxidação, bloqueio e, ou, deslocamento de grupos funcionais ou de íons metálicos essenciais de biomoléculas, mudanças na permeabilidade de membranas celulares, reações de grupos sulfidrílicos com cátions, afinidade para reações com grupos fosfatos e grupos ativos de ADP ou ATP, substituição de íons essenciais, indução de anomalias cromossomais e decréscimo da taxa de divisão celular. Várias espécies vegetais desenvolveram, naturalmente, tolerância ou resistência a esses metais. Essa evolução de ecótipos é exemplo clássico de adaptação local e de microevolução, restrita às espécies com variabilidade genética apropriada. Espécies lenhosas fitorremediadoras, com (i) elevada produção de biomassa, (ii) sistema radicular profundo, (iii) altas taxas de crescimento, (iv) capacidade de crescer em solos pobres em nutrientes e (v) alta capacidade de concentrar metais no tronco podem ser alternativas importantes para a descontaminação de solos com excesso de elementos metálicos. A fitorremediação apresenta características vantajosas, como sistema econômico e ecologicamente viável, que a torna uma tecnologia apropriada, prática e bem sucedida como opção para remediação.

Resumo em Inglês:

High concentrations of Cd, Pb, Cu and Cr can cause harmful effects to the environment. These highly toxic pollutants constitute a risk for aquatic and terrestrial life. They are associated with diverse bioavailable geochemical fractions, like the water-soluble fraction and the exchangeable fraction, and non-available fractions like those associated with the crystalline net of clays and silica minerals. Depending upon their chemical and physical properties we can distinguish different mechanisms of metal toxicity in plants, such as production of reactive oxygen species from auto-oxidation, blocking and/or displacement of essential functional groups or metallic ions of biomolecules, changes in the permeability of cellular membranes, reactions of sulphydryl groups with cations, affinity for reactions with phosphate groups and active groups of ADP or ATP, substitution of essential ions, induction of chromosomal anomalies and decrease of the cellular division rate. However, some plant species have developed tolerance or resistance to these metals naturally. Such evolution of ecotypes is a classic example of local adaptation and microevolution, restricted to species with appropriate genetic variability. Phytoremediator woody species, with (i) high biomass production, (ii) a deep root system, (iii) high growth rate, (iv) high capacity to grow in impoverished soils, and (v) high capacity to allocate metals in the trunk, can be an alternative for the recovery of degraded soils due to excess of metallic elements. Phytoremediation using woody species presents advantageous characteristics as an economic and ecologically viable system, making it an appropriate, practical and successful technology.

Resumo em Português:

Este artigo descreve uma nova metodologia instrumental para o estudo de germinação de sementes aplicável à fisiologia da germinação, agricultura e a restauração de florestas. Este dispositivo registra imagens de sementes em germinação mediante o uso de um "scanner" acoplado a um computador, onde um programa específico comanda a captura dessas imagens para intervalos de tempo pré-determinados. Estas imagens são arquivadas para posterior análise. Este dispositivo permite a coleção de dados para a elaboração de curvas de germinação de modo particularmente acurado, em que a germinação das sementes pode ser realizada para uma larga faixa de temperatura; além disso, abre-se a possibilidade de aplicação fácil de agentes químicos nas sementes, no sentido de estudar a influência desses agentes no processo de germinação. Sementes de Lactuca sativa foram usadas como modelo experimental. Foram estabelecidas curvas de germinação para diferentes temperaturas, no sentido de avaliar nosso dispositivo em trabalho efetivo. Este artigo apresenta também uma metodologia de análise estatística que garante a confiabilidade do dispositivo ora descrito.

Resumo em Inglês:

This paper describes a new instrumental methodology proposed for the study of seed germination which can be applied to germination physiology, agriculture and forest restoration. This instrument performs the recording of images of germinating seeds through the use of a flat-bed scanner coupled to a computer, where a specific program commands the capture of these images at predetermined time intervals. These images are archived for posterior analysis. The device allows the collection of data and the elaboration of germination curves with high accuracy. Furthermore, the device permits the study of seed germination over a broad range of temperatures as well as the easy application of chemical agents to the seeds in order to study their influence on the germination process. Lactuca sativa seeds were used in this study as an experimental model. Germination curves were plotted at different temperatures in order to evaluate the device for experimental work. This paper also presents a methodology of statistical analysis that supports the reliability of this equipment.

Resumo em Português:

Tem-se detectado atividade da fosfatase do mio-inositol-1-fosfato (FMIF) tanto em órgãos vegetativos como em estruturas esporulantes de algumas pteridófitas com ampla diversidade filogenética. Neste estudo, procedeu-se à caracterização básica dessa enzima utilizando-se da pteridófita cosmopolita Dryopteris filix-mas. Após centrifugação em baixa velocidade, precipitação com sulfato de estreptomicina, fracionamento com sulfato de amônio (25-70%), cromatografia em CM Sephadex C-50 e, finalmente, filtração gélica em Ultrogel AcA 34, conseguiu-se uma purificação parcial da enzima (a partir da fração citossólica obtida de pínulas reprodutivas da planta) de cerca de 41 vezes em relação ao homogenato inicial. O peso molecular aparente da FMIF nativa foi estimado em 94 kDa. A atividade da enzima aumentou linearmente com relação ao conteúdo de proteína (cerca de 150 µg) e com relação ao tempo (até 75 min). A temperatura ótima foi de 40ºC. Entretanto, a enzima exibiu atividade razoável na faixa de temperatura entre 30 e 50ºC. O D/L-mio-inositol-1-fosfato foi o principal substrato (95-100%) da enzima, porém registrou-se uma atividade de cerca de 16% quando este composto foi substituído pelo D-mio-inositol-3-fosfato. Ademais, observou-se fraca atividade (3%) da FMIF quando se utilizou o 2-glicerol-fosfato como substrato. O Km aparente para a enzima foi 0,083 mM. A enzima mostrou-se funcional numa estreita faixa de pH (7,5 a 8,5). Sua atividade foi fortemente inibida pelo lítio, um cátion monovalente; mesmo a concentrações baixas (1 mM), o lítio inibiu moderadamente a atividade da FMIF. Por outro lado, o magnésio, um cátion divalente, aumentou a atividade da enzima, no mínimo até a concentrações de 10 mM. O cálcio diminuiu a atividade da FMIF em concentrações superiores a 4 mM.

Resumo em Inglês:

Evident myo-inositol-1-phosphate phosphatase (MIPP) activity has been detected both in the vegetative as well as in the spore-bearing organs of some selected pteridophytes having wide phylogenetic diversity. The basic characterization of this enzyme was carried out using the cosmopolitan fern Dryopteris filix-mas. The enzyme was partially purified from the cytosol fraction obtained from the reproductive pinnules of the plant to about 41-fold over the initial homogenate following low-speed centrifugation, streptomycin sulfate precipitation, 25-70% ammonium sulfate fractionation, CM Sephadex C-50 chromatography and finally gel-filtration on Ultrogel AcA 34. The apparent molecular weight of the native MIPP was estimated to be 94 kDa. The enzyme activity increased linearly with respect to protein concentration to about 150 µg and with respect to time up to 75 min. The temperature optimum was found at 40ºC. However, the enzyme showed good activity over the temperature range of 30-50ºC. This enzyme used D/L-myo-inositol-1-phosphate as its principal substrate (95-100%), however, about 16% activity was recorded when D-myo-inositol-3-phosphate substituted as substrate. Furthermore, weak (3%) activity of this MIPP was observed with 2-glycerophosphate as substrate. The apparent Km for pteridophytic MIPP was 0.083 mM. The enzyme was functional in a narrow pH range of 7.5 to 8.5. The activity of this MIPP enzyme was remarkably inhibited by the presence of a monovalent cation, lithium, and even moderately so at a low concentration such as 1 mM. On the other hand, magnesium, a divalent cation, enhanced activity at least up to 10 mM. Calcium diminished MIPP activity at concentrations over 4 mM.

Resumo em Português:

A folha é o principal órgão do corpo vegetativo das bromélias epífitas com tanque, podendo ser subdividida em pelo menos duas porções distintas: apical e basal. Muito pouco se conhece acerca da existência de diferenças morfológicas, anatômicas ou fisiológicas entre essas porções. O objetivo deste estudo foi comparar a capacidade de assimilação do nitrogênio, proveniente da uréia, entre as porções basal e apical em folhas de Vriesea gigantea, uma bromélia epífita com tanque. Para tanto, plantas dessa espécie foram cultivadas in vitro na presença exclusiva de uréia (5 mM) como fonte de nitrogênio, por 15 dias. Durante esse período, quantificaram-se as atividades das enzimas sintetase da glutamina (GS) (EC 6.3.1.2) e desidrogenase do glutamato dependente de NADH (NADH-GDH) (EC 1.4.1.2), além das densidades de tricomas absorventes e estômatos encontrados nas superfícies foliares de ambas as regiões. As maiores atividades de GS e NADH-GDH sempre foram detectadas na porção apical, sendo que, no 3º dia de cultivo in vitro, houve um máximo de atividade. Constatou-se uma correlação inversa entre o número de tricomas e estômatos nessas duas porções foliares: a apical apresentou um menor número de tricomas (30% menor) e uma maior quantidade de estômatos (o dobro) quando comparada com a basal. Sugere-se que a região apical estaria, preferencialmente, envolvida com a assimilação do nitrogênio proveniente da uréia via GS ou NADH-GDH, enquanto a basal, possivelmente, com a sua absorção. Este é o primeiro relato a relacionar uma determinada porção foliar, de uma bromélia com tanque, com a assimilação do amônio, preferencialmente, nessa estrutura.

Resumo em Inglês:

The leaf is the main organ of the vegetative body of tank epiphytic bromeliads, which may be subdivided into apical and basal parts. Little is known about the existence of morphological, anatomical or physiological differences between these two leaf portions. The objective of this study was to verify the existence of a differential capacity to assimilate nitrogen from urea between basal and apical leaf portions of Vriesea gigantea, a tank epiphytic bromeliad. Plants were cultivated in vitro in the presence of 5 mM urea for 15 days. During this period, the activities of the enzymes glutamine synthetase (GS, EC 6.3.1.2) and NADH-dependent glutamate dehydrogenase (NADH-GDH, EC 1.4.1.2) were quantified, as well as the densities of trichomes and stomata found at the leaf surface of both regions. The highest activities of GS and NADH-GDH were always detected at the top portion, and on the 3rd day of in vitro cultivation an increase in these activities was detected. An inverse correlation between number of trichomes and stomata in these two leaf portions was verified: the top region presented 30% less trichomes and twice as many stomata as the basal region. This suggests that the upper region of the leaf may be preferentially involved with the assimilation of nitrogen from urea via GS and NADH-GDH, whereas the basal region may be involved with its absorption. This is the first study to report that ammonium assimilation may take place preferentially in a specific portion of tank-forming bromeliad leaves.

Resumo em Português:

O ferro é um nutriente essencial para as plantas. Em condições aeróbicas, é altamente indisponível para absorção pelas plantas, e sua deficiência pode ser severa em plantas cultivadas em solos calcáreos. Em solos alagados, no entanto, a disponibilidade de Fe aumenta e pode atingir concentrações tóxicas. O arroz é uma cultura básica mundialmente importante e enfrenta deficiência ou excesso de Fe, dependendo das condições de cultivo. Para contribuir com o estudo dos mecanismos envolvidos nas respostas a deficiência de Fe e resistência ao excesso de Fe, foram realizados experimentos com as cultivares de arroz BR-IRGA 409 (I409 - sensível à toxidez por Fe) e EPAGRI 108 (E108 - resistente à toxidez por Fe) submetidas a excesso de ferro, concentração-controle ou deficiência (500, 6.5 ou zero mg L-1 Fe, respectivamente). A avaliação do peso seco das partes aéreas confirmou a resistência da cultivar E108 ao excesso de Fe. A espectroscopia Mössbauer indicou a presença de quatro diferentes compostos de Fe3+. Os parâmetros obtidos coincidem com os esperados para ferrihidrita, lepidocrocito (e/ou citrato) e Fenicotianamina. As concentrações de minerais foram determinadas pela técnica PIXE (Particle Induced X-Ray Emission). A concentração de Fe em plantas da cultivar E108 foi menor do que em plantas da cultivar I409, quando expostas a excesso de Fe. Exceto por concentrações de Mn menores em raízes e partes aéreas, o excesso de Fe não resultou em concentrações de nutrientes mais baixas na cultivar sensível do que na cultivar resistente. Plantas da cultivar I409 parecem ser afetadas diretamente pela toxidez de Fe, e não por efeitos secundários na nutrição mineral, enquanto plantas da cultivar E108 parecem valer-se de mecanismos de exclusão na resistência ao excesso de Fe. Ambas cultivares responderam à deficiência de Fe com alocação de P, das raízes para as partes aéreas. Além de ser mais resistente ao excesso de Fe, a cultivar E108 parece ser mais eficiente na indução de respostas à deficiência de Fe.

Resumo em Inglês:

Iron is an essential nutrient for plants. In aerobic conditions, Fe is highly unavailable for plant uptake, and Fe deficiency can be severe in plants grown in calcareous soils. In waterlogged soils, however, Fe availability increases and can reach toxic concentrations. Rice is an important staple crop worldwide and faces iron deficiency or excess, depending on the growth conditions. To contribute to the study of mechanisms involved in response to Fe deficiency and resistance to Fe excess, experiments were carried out with rice cultivars BR-IRGA 409 (I409, susceptible to Fe toxicity) and EPAGRI 108 (E108, resistant to Fe toxicity) grown in culture solutions and submitted to Fe excess, control concentration or deficiency (500, 6.5 or zero mg L-1 Fe, respectively). Analysis of shoot dry weight confirmed the resistance of E108 plants to Fe excess. Mössbauer spectroscopy analysis indicated the presence of four different Fe3+compounds. The parameters obtained match those expected for ferrihydrite, lepidocrocite (and/or citrate) and Fe-nicotianamine. Mineral concentrations were determined using the PIXE (Particle Induced X-Ray Emission) technique. E108 plants had lower Fe concentrations than I409 plants when exposed to excess Fe. Except for lower Mn levels in roots and shoots, the excess of Fe did not result in lower nutrient concentrations in the susceptible cultivar compared to the resistant one. I409 plants seem to be affected directly by Fe toxicity rather than by secondary effects on mineral nutrition, whereas E108 plants seem to make use of the avoidance mechanism in the resistance to Fe overload. Both cultivars responded to Fe deficiency with allocation of P from roots to shoots. In addition to being more resistant to iron overload, E108 plants seem to be more efficient in inducing Fe deficiency responses.

Resumo em Português:

A resposta da taxa de assimilação de CO2 (A) à pressão parcial de CO2 (Ci) foi medida em folhas intactas de limão cravo, numa ampla faixa de temperaturas (10 to 40ºC). A variação na curva A/Ci mostrou como as mudanças na temperatura foliar alteram a atividade da ribulose-1,5-bisfosfato (RuBP) carboxilase-oxigenase (Rubisco) e a regeneração da RuBP, via transporte de elétrons. O valor máximo de A obtido foi de 7.9 a 8.9 µmol m-2 s-1, entre 25 e 30ºC, enquanto a respiração mitocondrial (Rd) aumentou com a temperatura, de 0.4 µmol m-2 s-1 a 10ºC até 1.4 µmol m-2 s-1, a 40ºC. A taxa máxima de carboxilação (Vc,max) e a taxa máxima de transporte de elétrons (Jmax) aumentaram naquela faixa de temperatura, de 7.5 a 142 µmol m-2 s-1, e de 23.5 a 152 µmol m-2 s-1, respectivamente. A redução em A associada às altas temperaturas é, em parte, uma resposta ao maior aumento na taxa de oxigenação da RuBP, comparada à taxa de carboxilação, e de Rd sob altas temperaturas. Apesar de A poder ser, em teoria, limitada sob elevada Ci pela taxa de utilização de triose-fosfato, essa limitação não foi evidente nas folhas analisadas.

Resumo em Inglês:

The response of CO2 assimilation rate (A) to the intercellular partial pressure of CO2 (Ci) was measured on intact lemon leaves over a range of temperatures (10 to 40ºC). The A/Ci response shows how change in the leaf temperature alters the activity of ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) carboxylase-oxygenase (Rubisco) and RuBP regeneration via electron transport. The rate of A reached a maximum of 7.9 to 8.9 µmol m-2 s-1 between 25 and 30ºC, while dark respiration (Rd) increased with temperature from 0.4 µmol m-2 s-1 at 10ºC to 1.4 µmol m-2 s-1 at 40ºC. The maximum rates of carboxylation (Vc,max) and the maximum rates of electron transport (Jmax) both increased over this temperature range from 7.5 to 142 µmol m-2 s-1 and from 23.5 to 152 µmol m-2 s-1, respectively. These temperature responses showed that A can be limited by either process depending on the leaf temperature, when Ci or stomatal conductance are not limiting. The decrease in A associated with higher temperatures is in part a response to the greater increase in the rate of oxygenation of RuBP compared with carboxylation and Rd at higher temperatures. Although A can in theory be limited at higher Ci by the rate of triose-phosphate utilization, this limitation was not evident in lemon leaves.

Resumo em Português:

O objetivo deste trabalho foi avaliar as respostas do sistema antioxidativo e o estresse oxidativo em folhas de plantas de Momordica charantia L. submetidas a NaCl, radiação UV-B e déficit hídrico, em três estádios de crescimento: pré-floração, floração e pós-floração. Com exceção da peroxidase (POX), as atividades das enzimas dismutase do superóxido (SOD), catalase (CAT), oxidase de polifenóis (PPO) e redutase da glutationa (GR), assim como as concentrações de ascorbato (ASA), H2O2 e de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) foram máximas no estádio de floração, independentemente do tipo de estresse aplicado. As atividades das enzimas e dos metabólitos supramencionados forma maiores sob estresses associados ao NaCl e à radiação UV-B em todos os estádios de crescimento, exceto a concentração de H2O2, que foi maior no estádio de pré-floração sob radiação UV-B. Maiores quantidades de íons Na+ e Cl- acumularam-se em todos os estádios de crescimento, sob estresse salino. O déficit hídrico acarretou decréscimos nas concentrações de H2O2 e ASA, e menores atividades de PPO e GR; de modo oposto, a seca acarretou aumento na concentração de TBARS e maiores atividades de SOD, CAT e POX em todos os três estádios, em comparação com os respectivos controles. A atividade da POX no estádio de pós-floração foi, contudo, reduzida. As concentrações de pigmentos fotossintéticos foram reduzidas em todos os estádios de crescimento para os três estresses estudados. O índice de estabilidade de clorofilas decresceu sob estresse salino, aumentou somente no estádio de pós-floração sob radiação UV-B, aumentando também nos estádios de pré- e pós-floração sob déficit hídrico. A concentração de proteínas sob estresse salino foi menor que nas plantas-controle, exceto no estádio de pré-floração; sob estresses salino e de radiação UV-B, as concentrações protéicas foram maiores tanto em relação às dos respectivos controles como às das plantas tratadas com NaCl. Sugere-se que M. charantia exibe um mecanismo de proteção contra danos oxidativos via manutenção de um sistema antioxidante altamente induzido, em resposta aos três estresses aplicados.

Resumo em Inglês:

The purpose of the present work was to evaluate both the antioxidant response system and oxidative stress in leaves from bitter gourd (Momordica charantia L) subjected to NaCl, UV-B and water stresses at three different stages of plant growth: pre-flowering, flowering and post-flowering. Except for peroxidase (POX), all enzyme activities including superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), polyphenol oxidase (PPO), glutathione reductase (GR), as well as concentrations of ascorbate (ASA), hydrogen peroxide (H2O2) and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) exhibited maximum values at the flowering stage under all three stresses. All the enzyme activities, SOD, CAT, POX, PPO, GR and the concentrations of ASA, H2O2 and TBARS were elevated under NaCl and UV-B stresses at all growth stages with the exception of H2O2 concentration at the post-flowering stage under UV-B radiation. Greater quantities of the inorganic ions Na+ and Cl- were accumulated at all growth stages under salt stress. Drought led to decreases in the concentrations of H2O2, ASA and activities of PPO and GR; conversely, it led to elevated concentrations of TBARS and activities of SOD, CAT, POX at all three stages in comparison with control values. The POX activity at the third stage was, however, reduced. The photosynthetic pigments decreased at all stages under all stresses. The chlorophyll stability index decreased under NaCl stress, accelerated only at the post-flowering stage under UV-B radiation and significantly increased at pre- and post-flowering stages under water stress. The protein concentration under NaCl stress decreased except at the pre-flowering stage and under UV-B and water stresses the protein concentration was higher than that of the control and NaCl treatment. It is suggested that M. charantia exhibits a protection mechanism against oxidative damage by maintaining a highly induced antioxidant system under all three stresses.

Resumo em Português:

Enterolobina, uma proteína de 52,9 kDa, apresenta atividades citolítica, inflamatória e inseticida, sendo encontrada em Enterolobium contortisiliquum (Vell.) Morong, uma árvore brasileira de grande porte. Relatos anteriores descrevem a ocorrência dessa proteína em diferentes formas de associação (formas monomérica e oligoméricas). No presente trabalho, foi investigada a presença de formas de associação da enterolobina e atividade hemolítica em sementes maturescentes, germinantes e germinadas. A análise por immunoblotting revelou a presença da forma monomérica da enterolobina em todas as fases investigadas, enquanto o dímero foi detectado nas sementes em desenvolvimento na segunda metade do período de maturação, durante a germinação e no período inicial pós-germinativo. A forma trimérica da enterolobina foi detectada desde uma semana após o dímero até a metade do tempo médio de germinação da semente de E. contortisiliquum. O mais alto título de atividade hemolítica devido à enterolobina foi encontrado em sementes maduras e germinantes. Aparentemente, não houve alteração da massa molecular do monômero de enterolobina durante a maturação e a germinação da semente, sugerindo a ausência de uma forma precursora. Os resultados também mostram que a enterolobina não foi utilizada na germinação e na fase inicial de pós-germinação, que são críticas no desenvolvimento e estabelecimento da plântula. Contudo, a disponibilidade de entorolobina poderia capacitá-la a exibir um importante papel fisiológico, incluindo o de defesa da planta.

Resumo em Inglês:

Enterolobin is a 52.9 kDa, cytolytic, inflammatory and insecticidal protein present in Enterolobium contortisiliquum (Vell.) Morong, a Brazilian large-sized tree. This protein was previously described to occur in different forms of association (monomeric and oligomeric forms). In the current work, we investigated the presence of enterolobin forms of association and hemolytic activity in maturing, germinating and germinated seeds. Immunoblotting analysis revealed the presence of the monomeric form of enterolobin in all phases under study, whereas the dimer was detected in developing seeds in the second half of the maturation period, during germination and in the early post-germination phase. The trimeric form of enterolobin appeared one week after the dimer and could be detected up to half of the average germination time of the E. contortisiliquum seeds. The highest hemolytic titers due to enterolobin activity were found in mature and germinating seeds. Apparently, there was no modification in molecular mass of the enterolobin monomer during seed maturation and germination, suggesting the absence of a precursor form. The results also show that enterolobin was not utilized in germination and initial post-germination phases, which are critical in development and seedling establishment. Enterolobin availability could enable it to perform an important physiological role, including plant defense.