Atividade da enzima nitrato redutase em milho cultivado sob diferentes níveis de adubação nitrogenada e potássica

Silva, Sueli Maria da; Oliveira, Lucielle Januário; Faria, Francys Pimenta; Reis, Edésio Fialho dos; Carneiro, Marco Aurelio Carbone; Silva, Samuel Mariano da

doi:10.1590/S0103-84782011005000136

Resumos

Em função de seu uso na alimentação humana e animal e de um elevado potencial produtivo, o milho constitui-se num dos mais importantes cereais cultivados e comercializados no mundo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes doses de nitrogênio e potássio na atividade da enzima redutase do nitrato na cultura do milho em casa de vegetação. Foram utilizadas cinco doses de nitrogênio (0; 50; 100; 150 e 200kg ha-1) e cinco doses de potássio (0; 40; 80; 120 e 160kg ha-1). A atividade da enzima foi estimada in vivo após as plantas atingirem quatro folhas totalmente desdobradas. Utilizou-se o método baseado no princípio de que a quantidade de nitrito liberada por fragmentos de tecidos vivos num tampão, na presença de uma agente permanente e do substrato, reflete a atividade potencial da enzima. A atividade da enzima nitrato redutase sofreu influência significativa da interação das doses de nitrogênio e potássio, já que a interação N=100kg ha-1 e K=40kg ha-1 proporcionou as melhores médias do experimento. A partir dessa dose, o aumento no fornecimento tanto de nitrogênio quanto de potássio promoveu redução da atividade enzimática.

Zea mays L.; adubação; enzima redutase do nitrato

Because of the use in human feeding, animal, and high productive potential, corn is considered to be one of the most important cultivated and commercialized cereals in the world. The aim of this research was to evaluate the effect of different potassium doses and nitrogen in the activity of the enzyme nitrate reductase in the corn culture in a greenhouse environment. Five dosages of nitrogen (0; 50; 100; 150 and 200kg ha-1) and five potassium dosages (0; 40; 80; 120 and 160kg ha-1) were used. The activity of the nitrate reductase was esteemed, in vivo after the plants reached four leaves totally unfolded. The method that was used is based on the principle of the amount of nitrite liberated by fragments of alive tissue in a buffer in the presence of a permanent agent and substrate, reflects the potential in situ activity of the enzyme nitrate reductase. The activity of the enzyme nitrate reductase suffered significant influence of the f nitrogen and potassium dosage interaction, where the interaction N=100kg ha-1 and K=40kg ha-1 provided the best medium of the experiment. From this dosage on, the increase of nitrogen and potassium supplement caused a reduction of the enzymatic activity.

Zea mays L; fertilization; enzyme redutase of the nitrate

ARTIGOS CIENTÍFICOS

BIOLOGIA

Atividade da enzima nitrato redutase em milho cultivado sob diferentes níveis de adubação nitrogenada e potássica

Activity of the enzyme reductase nitrate in corn cultivated under different levels of nitrogen and potassium fertilization

Sueli Maria da Silva^I,¹ 1 Autor para correspondência. ; Lucielle Januário Oliveira^I; Francys Pimenta Faria^I; Edésio Fialho dos Reis^I; Marco Aurelio Carbone Carneiro^I; Samuel Mariano da Silva^I

^IPrograma de Pós-graduação em Agrononia, Campus Jataí, Universidade Federal de Goiás (UFG), CP 03, 758000-000, Jataí, GO, Brasil. Email: s_m_s2_4@yahoo.com.br

RESUMO

Em função de seu uso na alimentação humana e animal e de um elevado potencial produtivo, o milho constitui-se num dos mais importantes cereais cultivados e comercializados no mundo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes doses de nitrogênio e potássio na atividade da enzima redutase do nitrato na cultura do milho em casa de vegetação. Foram utilizadas cinco doses de nitrogênio (0; 50; 100; 150 e 200kg ha^-1) e cinco doses de potássio (0; 40; 80; 120 e 160kg ha^-1). A atividade da enzima foi estimada in vivo após as plantas atingirem quatro folhas totalmente desdobradas. Utilizou-se o método baseado no princípio de que a quantidade de nitrito liberada por fragmentos de tecidos vivos num tampão, na presença de uma agente permanente e do substrato, reflete a atividade potencial da enzima. A atividade da enzima nitrato redutase sofreu influência significativa da interação das doses de nitrogênio e potássio, já que a interação N=100kg ha^-1 e K=40kg ha^-1 proporcionou as melhores médias do experimento. A partir dessa dose, o aumento no fornecimento tanto de nitrogênio quanto de potássio promoveu redução da atividade enzimática.

Palavras-chave:Zea mays L., adubação, enzima redutase do nitrato.

ABSTRACT

Because of the use in human feeding, animal, and high productive potential, corn is considered to be one of the most important cultivated and commercialized cereals in the world. The aim of this research was to evaluate the effect of different potassium doses and nitrogen in the activity of the enzyme nitrate reductase in the corn culture in a greenhouse environment. Five dosages of nitrogen (0; 50; 100; 150 and 200kg ha^-1) and five potassium dosages (0; 40; 80; 120 and 160kg ha^-1) were used. The activity of the nitrate reductase was esteemed, in vivo after the plants reached four leaves totally unfolded. The method that was used is based on the principle of the amount of nitrite liberated by fragments of alive tissue in a buffer in the presence of a permanent agent and substrate, reflects the potential in situ activity of the enzyme nitrate reductase. The activity of the enzyme nitrate reductase suffered significant influence of the f nitrogen and potassium dosage interaction, where the interaction N=100kg ha^-1 and K=40kg ha^-1 provided the best medium of the experiment. From this dosage on, the increase of nitrogen and potassium supplement caused a reduction of the enzymatic activity.

Key words:Zea mays L, fertilization, enzyme redutase of the nitrate.

INTRODUÇÃO

O milho é o principal cereal produzido no Brasil, cultivado em cerca de 12 milhões de hectares, com produção de aproximadamente 56 milhões de toneladas de grãos e produtividade média de 4,23 toneladas por hectare (CONAB, 2010). Apesar do seu alto potencial produtivo, o que se observa na prática é que sua produção é muito baixa e irregular.

Para obtenção de altas produtividades, é de fundamental importância o suprimento de nutrientes e a adequada proporção entre eles. A disponibilidade do nitrogênio é um dos fatores mais importantes no processo de crescimento e desenvolvimento das plantas (MALAVOLTA, 2006), despenhando para o milho papel importante no acúmulo de proteínas e produtividade dos grãos (PAVINATO et al., 2008). No metabolismo das plantas, participa como constituinte de proteínas, coenzimas, ácidos nucléicos, citrocromo, clorofila, pigmentos e produtos secundários (FERREIRA, et al., 2007). Na planta, quase todo o nitrogênio se encontra em formas orgânicas representadas em maior proporção por aminoácidos e proteínas. Consequentemente, esse elemento é indispensável para a produção de cereais de alta qualidade (MALAVOLTA et al., 1997).

Após o nitrogênio, o potássio é o nutriente absorvido em maior quantidade pelas plantas. Este nutriente tem grande impacto na qualidade da cultura do milho, exercendo influência positiva sobre o peso individual dos grãos e no número de grãos por espiga. Apesar de não fazer parte de nenhum composto dentro da planta, é muito importante em inúmeros processos bioquímicos (MENGEL & KIRKBY, 2001).

A enzima nitrato redutase atua no primeiro passo da redução do nitrogênio nítrico por plantas superiores. A maior parte do nitrogênio é absorvida pelas plantas na forma de nitrato, que, ao ser absorvido pelas raízes, pode ser reduzido ou armazenado nos vacúolos, ou translocado para a parte aérea, onde será reduzido ou armazenado nos vacúolos foliares (TAIZ & ZEIGER, 2004). A redução de nitrato ocorre no citossol e envolve a ação da enzima nitrato redutase (NR), produzindo nitrito, o qual adentra aos plastídeos nas raízes ou cloroplastos em folhas, sendo reduzido à amônia por ação da enzima nitrito redutase (NiR), a qual é fixada via glutamato sintase / glutamina sintase (GS/GOGAT) nos aminoácidos, glutamina e glutamato que por sua vez servem de substrato para reações de transaminação, para a produção de aminoácidos necessários à síntese de proteínas (DONATO et al., 2004).

A via de assimilação do nitrato é um processo biológico essencial, por ser a principal rota pela qual o nitrogênio inorgânico é incorporado em compostos orgânicos (FALCÃO, 2006). Portanto, a atuação da enzima nitrato redutase é de fundamental importância na incorporação de nitrogênio inorgânico em moléculas orgânicas complexas, sendo a etapa limitante nesse processo.

O nitrogênio e o potássio estão relacionados pela função do potássio na ativação da enzima redutase do nitrato. VENKAJESAN & GANAPATHY (2004) relatam uma correlação positiva entre a atividade da enzima redutase do nitrato e a fertilização potássica.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de doses de nitrogênio e potássio na atividade da enzima redutase do nitrato na cultura de milho em casa de vegetação.

MATERIAL E MÉTODOS

Este estudo foi desenvolvido em casa de vegetação, utilizando-se o delineamento experimental na forma de blocos casualizados, constando de um esquema em fatorial 5x5, sendo cinco doses de nitrogênio (0; 50; 100; 150 e 200kg ha^-1) e cinco doses de potássio (0; 40; 80; 120 e 160kg ha^-1) com seis repetições.

O solo utilizado no estudo foi classificado como Latossolo Vermelho distroférrico (EMBRAPA, 1999) coletado em um corte no perfil, apresentando as seguintes características químicas e físicas: pH em água: 5,18; H + Al: 3,13; Al: 0,05cmol_c dm^-3; Ca: 0,34cmol_c dm^-3; Mg: 0,32cmol_c dm^-3; K: 31,00mg dm^-3; P: 0,72mg dm^-3; matéria orgânica: 14,23g kg^-1; argila: 386g kg^-1; silte: 421g kg^-1 e areia: 139g kg^-1. Após ser peneirado, o solo coletado foi seco e homogeneizado, recebendo calagem com calcário filler na proporção de 800mg kg^-1 de solo seco para correção e elevação da saturação de bases para 60%, conforme recomendação de SOUSA & LOBATO (2004), sendo acondicionado em vasos com capacidade de 5,0kg, os quais receberam adubação mineral com fósforo e micronutrientes.

Um dia antes da semeadura, os nutrientes nitrogênio, na forma de uréia, e potássio, na forma de cloreto de potássio, foram aplicados em solução (10mL vaso^-1) em concentrações de acordo com cada tratamento. A atividade da enzima foi calculada pela quantidade de nitrito liberado pelos tecidos vegetais na solução de incubação, sendo expressa em µmoles NO₂^- h^-1 gmf^-1.

Após as plantas de milho terem atingido o estádio de desenvolvimento V₄, foi realizado o corte da segunda folha após a folha encartuchada. A atividade da enzima nitrato redutase foi estimada, in vivo, utilizando-se o método descrito por RADIN (1973), que se baseia no princípio de que a quantidade de nitrito liberada por fragmentos de tecidos vivos num tampão na presença de uma agente permanente e do substrato reflete a atividade potencial da enzima nitrato redutase in situ.

No laboratório, as folhas foram cortadas de modo a obter 0,2g de amostra, sendo incubadas em frasco de vidro contendo em 5mL de solução tampão fosfato de potássio (K₂HPO₄ + KH₂PO₄ 0,1M) nitrato de potássio (KNO₃ 0,25M) e n-propanol (1% v/v), pH 7,0, submetidos a vácuo durante dois minutos por duas vezes consecutivas e posterior transferência para a incubadora a 33°C em ausência de luz. Decorridos 60 minutos, foram retiradas alíquotas de 1,0mL do meio de reação, as quais foram transferidas para tubos de ensaio contendo 1,0mL de n-naftiletileno diamino bicloridrato 0,01 % (m/v) e 1,0mL de sulfanilamida 0,1% em ácido clorídrico 3,0N, para a determinação colorimétrica do nitrito. As leituras foram realizadas em espectrofotômetro a 540nm, sendo a quantidade de nitrito calculada utilizando-se reta padrão de nitrito de sódio.

Os resultados obtidos foram submetidos à análise de variância pelo programa SAEG 9.1 (SAEG, 2007), sendo efetuado estudo de regressão para os fatores com significância a 5% de probabilidade de erro.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A análise de variância revelou que a atividade da enzima nitrato redutase sofreu influência apenas da interação das doses de nitrogênio e potássio, não apresentando influência na presença do nitrogênio ou do potássio separadamente (Tabela 1).

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Vários autores relatam os efeitos benéficos da interação nitrogênio x potássio (RUAN, 1999; VENKAJESAN & GANAPATH, 2004), os quais proporcionam aumentos significativos na produtividade das culturas.

Esse comportamento também pode ser observado na atividade da enzima nitrato redutase, já que a interação N=100kg ha^-1 x K=40kg ha^-1 (Figura 1) e N=200kg ha^-1 x K=160kg ha^-1 (Figura 2) proporcionou resultados significativamente superiores.

Segundo COSTA et al. (2008), a adubação nitrogenada tem, por muitas vezes, apresentado respostas produtivas abaixo das esperadas, em virtude de inadequados níveis de potássio, o que sugere uma relação entre a absorção e o aproveitamento desses dois macronutrientes.

Na dose de 40kg ha^-1 de potássio, à medida que se elevaram os teores de nitrogênio, a atividade da enzima redutase do nitrato apresentou uma variação de 8,2 a 14,82µmoles NO2- h^-1 gmf^-1 da menor dose até a dose ótima (100kg ha^-1), o que representa um aumento de 80% na atividade enzimática em virtude dos incrementos da adubação nitrogenada (Figura 1).

Isso sugere que a enzima possa ter sido ativada pelo substrato, uma vez que é considerada como sendo um dos melhores exemplos de enzima induzida pelo substrato em plantas superiores (CAMARGOS, 2007).

A partir da dose de 100kg ha^-1, o aumento no fornecimento de nitrogênio promoveu uma redução da atividade da enzima. Provavelmente, tal comportamento deva-se ao fato de que, nas doses mais altas de nitrogênio, a atividade enzimática tenha sido limitada pela diminuição na absorção de micronutrientes.

De acordo com FANCELLI & TSUMANUMA (2007), doses elevadas de nitrogênio no sulco da semeadura podem favorecer a acidificação ou alcalinização da rizosfera em função da fonte empregada, afetando o desempenho das raízes, a vida no solo e a taxa de absorção de micronutrientes.

Neste experimento, a fonte de nitrogênio empregada foi uréia, a qual pode ter causado a acidificação da rizosfera. Segundo VIANA (2010), com a diminuição do pH, o molibdênio torna-se indisponível para a planta e, em casos de deficiência desse nutriente, a atividade da nitrato redutase em plantas não leguminosas é reduzida em cerca de 26%. Apesar da pequena quantidade absorvida pela planta, o molibdênio exerce papel indispensável na assimilação do nitrato, atuando diretamente em nível da nitrato redutase.

Na dosagem de 100kg de nitrogênio ha^-1, foi possível observar que o potássio contribui com 10% de aumento na atividade enzimática da dose zero para dose de 40kg ha^-1 (Figura 3). Esse fato pode indicar que o potássio potencializa a atividade enzimática. Em todos os tratamentos, foi observado comportamento semelhante, evidenciando a participação do potássio na atividade enzima nitrato redutase em plantas jovens de milho.

Esta influência do potássio sobre a nitrato redutase pode ser associada ao fato do potássio participar da regulação da absorção do nitrato pelas raízes das plantas. De acordo com KRAUSS (2005), quando o nitrato é reduzido nas folhas, forma-se malato em resposta ao aumento do pH interno do tecido. Segundo o autor, parte do malato é transferido ao floema e acompanhado pelo potássio para ser translocado para as raízes, local onde sofre a descarboxilação. O ácido carbônico produzido é liberado no meio em troca do nitrato absorvido, assim controlando a absorção do nitrato. O potássio recirculado serve como contra-íon para o transporte de nitrato no xilema até a parte aérea (MENGEL & KIRKBY, 2001).

Plantas com inadequado suprimento de potássio reduzem a eficiência do transporte de nitrato para a parte aérea. Isso induz a redução do nitrato e acumulação de aminoácidos nas raízes, qualquer sinal de excesso de nitrato induz uma resposta negativa nas raízes para cessar a absorção de nitrato, embora o nitrato possa estar presente na rizosfera da planta (KRAUSS, 2005), de forma que a quantidade de nitrato, substrato da enzima nitrato redutase, no citoplasma é diminuída. MARSCHNER (1995) relata a alta probabilidade da participação do potássio na ativação nitrato redutase.

Em contra partida, como pode ser verificado na figura 2, o excesso de potássio (160kg ha^-1) nos diversos níveis de nitrogênio resultou em redução da atividade enzimática, não ultrapassando a 10,0µmoles NO2- h^-1 gmf^-1.

Segundo STROMBERGER et al. (1994), nas plantas de milho, o potássio participa em inúmeros processos que envolvem o metabolismo do nitrogênio na planta, no entanto, o excesso de potássio restringe a absorção de nitrogênio.

Nesse caso, a atividade enzimática pode ter sido afetada pelo efeito salino, devido ao excesso no fornecimento do cloreto de potássio. Considerada uma espécie moderadamente sensível à salinidade, com o aumento da concentração de sais no meio radicular, o milho sofre redução progressiva do crescimento (FERREIRA et al., 2007). Vários trabalhos reportam os efeitos deletérios do estresse salino sobre o crescimento do milho, independentemente da variável utilizada para esta avaliação (IZZO et al., 1991; HASANEEN et al., 1994; SANEOKA et al., 1995).

Segundo SAGI & LIPS (1998), a enzima nitrato redutase tem sua síntese afetada por variações no suprimento de nitrogênio e pela salinidade do solo. Uma das explicações mais aceita para a inibição do crescimento pela condição salina do solo é o desvio de energia do crescimento para a manutenção, isto é, a redução na matéria seca pode refletir o custo metabólico de energia, associado à adaptação a salinidade e redução no ganho de carbono (VIEGAS, 2004). Provavelmente, o gasto de energia para adaptação da planta à salinidade pode ter interferido na atividade da enzima nitrato redutase, uma vez que essa enzima utiliza energia advinda da fotossíntese.

ARAGÃO et al. (2010), trabalhando com a assimilação do nitrato em feijão-caupi submetido à salinidade, observaram que o estresse salino provocou a redução na atividade da enzima nitrato redutase. Esse fato tem sido associado a um efeito direto da redução do potencial de água do tecido, provocado pela salinidade sobre a atividade ou pela indução da síntese da redutase do nitrato (RAO & GNANAM, 1990).

A combinação das doses de 160kg ha^-1 potássio e 200kg ha^-1 de nitrogênio produziu um efeito bastante diferente na atividade enzimática. A dose de 160kg ha^-1 de potássio, combinada com as diferentes doses de nitrogênio, apresenta resultados inferiores a 11,45µmoles NO2- h^-1 gmf^-1 na atividade da enzima. No entanto, quando essa dose foi combinada com a maior dose de nitrogênio, a atividade enzimática atingiu valores de até 15,87µmoles NO2- h^-1 gmf^-1, o que não encontra explicação na literatura.

CONCLUSÃO

A atividade enzimática respondeu significativamente à interação nitrogênio x potássio. A interação N=100kg ha^-1 e K=40kg ha^-1 proporcionou os melhores resultados da enzima nitrato redutase, coincidindo com a adubação recomendada para esta região. No entanto, doses de nitrogênio acima de 100kg ha^-1 e de potássio acima de 40kg ha^-1 podem causar redução na atividade enzima nitrato redutase.

Recebido para publicação 04.06.09

Aprovado em 17.08.11

Devolvido pelo autor 20.09.11

CR-2069

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Autor para correspondência.

Datas de Publicação

Publicação nesta coleção
28 Out 2011
Data do Fascículo
Nov 2011

Histórico

Aceito
17 Ago 2011
Recebido
04 Jun 2009

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