Thesis--Auburn University, 2009. / Abstract. Vita. Includes bibliographical references (p. 96-98).

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / Silicon (Si) and aluminum (Al) are among the three most abundant elements in the earth's crust. The Si does not meet the requirements of an essential element for plant growth, but the beneficial effects of this element in the growth, development, yield and resistance to disease has been observed in a wide variety of plant species, while Al is recognized as being highly cytotoxic to plants and animals. There are evidences that the silicic acid aqueous interacts with Al thereby reducing its bioavailability (and so toxicity) and at the same time increases the availability of phosphorus essential element. So, the objectives of this study were to analyze the possible beneficial effect of Si, analyze the interactions between Si and Al on physiological and biochemical parameters and the possible Si potential to mitigate the toxic effects of Al in potato genotypes (Solanum tuberosum L. ssp . tuberosum) differing in Al tolerance. In the experiment to investigate the beneficial effect of Si, which defined through growth parameters, two concentrations of Si and two genotypes, four potato genotypes plants differing in Al tolerance: SMIJ319-7 and Dakota Rose (Al sensitive ), SMIF212-3 (Al tolerant) and SMINIA793101-3 (with intermediate Al tolerance), propagated in plastic cups, were grown in a nutrient solution (pH 4.5 ± 0.1) exposed to four silicon doses: 0; 0.5; 2.5; and 5.0 mM (NaSiO3). Seven days after the start of the exposure to the treatment, the plants were collected and the leaf area was determined, the number of leaves and stolons, the shoot length and fresh and dry biomass of roots and shoots. The dosage of 0.5 mM Si showed the greatest benefits to the growth of potato plants, while larger doses than 2.5 mM promoted a reduction in these parameters. Furthermore, the more responsive genotypes were SMIJ319-7 Si (Al sensitive) and SMIF212-3 (Al tolerant). For the experiments of interaction between Si and Al, potato plants of SMIJ319-7 genotypes (Al sensitive) and SIMF212-3 (Al tolerant ) were grown for fourteen days in nutrient solution (without phosphorus and pH 4.5 ± 0 , 1) exposed to combinations of two doses of Al (0 and 50 mg L-1 (AlCl3)) and three doses of Si (0, 0.5 and 1.0 mM (Na2SiO3)). After this period, leaves and roots of plants of both genotypes were collected to determine the Al concentration in the tissues, growth parameters, enzyme activity (superoxide dismutase (SOD) and guaiacol peroxidase (POD)) and lipid peroxidation. Roots of both genotypes accumulated more Al than shoot, and the Al tolerant genotype accumulated more Al than the sensitive in the roots as well as shoot. Furthermore, the presence of 0.5 mM of Si in the growth medium together with Al reduced the Al concentration in the Al tolerant roots. The exposure to Al resulted in a reduction in the length, number of root tips, surface area, the volume and number of root branches, number of leaves and leaf area of both potato genotypes, and Si alleviated the toxic effects of Al in both potato genotypes only in the number of roots and number of leaf branches parameters. In addition, the Si had a beneficial effect on the parameters number of leaves, leaf area, number of stolons in both genotypes. For biochemical parameters, there was increased activity of antioxidant enzymes and less accumulation of MDA when the plants were exposed to Si under stress of Al. From these results it is clear that the Si may be able to alleviate the toxic effects of Al due to the induction of antioxidant enzymes. So the Si has the potential to mitigate the toxic effects of Al through interactions with this metal in the plant. / O silício (Si) e o alumínio (Al) estão entre os três elementos mais abundantes na crosta terrestre. O Si não atende os requisitos de um elemento essencial para o crescimento das plantas, mas os efeitos benéficos deste elemento no crescimento, desenvolvimento, produtividade e resistência à doenças tem sido observados em uma ampla variedade de espécies de plantas, enquanto o Al é reconhecido como sendo altamente citotóxico aos vegetais e animais. Existem evidências de que o ácido silícico interage com Al aquoso reduzindo assim a sua biodisponibilidade (e assim a toxicidade) e, ao mesmo tempo, aumenta a disponibilidade do elemento essencial fósforo. Assim, os objetivos deste trabalho foram analisar o possível efeito benéfico do Si, analisar as interações entre Si e Al sobre parâmetros fisiológicos e bioquímicos e o possível potencial do Si em amenizar os efeitos tóxicos do Al em genótipos de batata (Solanum tuberosum L. ssp. tuberosum) diferindo na tolerância ao Al. No experimento para investigar o efeito benéfico do Si, o qual definiu, através de parâmetros de crescimento, duas concentrações de Si e dois genótipos, plantas de quatro genótipos de batata diferindo na tolerância ao Al: SMIJ319-7 e Dakota Rose (sensíveis ao Al), SMIF212-3 (tolerante ao Al) e SMINIA793101-3 (com tolerância intermediária ao Al), propagados em copos plásticos, foram cultivadas em uma solução nutritiva (pH 4,5±0,1) expostas a quatro doses de Si: 0; 0,5; 2,5; e 5,0 mM (NaSiO3). Aos sete dias após o início da exposição aos tratamentos, as plantas foram coletadas e foi determinada a área foliar, o número de folhas e de estolões, o comprimento da parte aérea e a biomassa fresca e seca de raízes e da parte aérea. A dose de 0,5 mM de Si foi a que apresentou maiores benefícios ao crescimento das plantas de batata, enquanto doses maiores que 2,5 mM promoveram redução nesses parâmetros. Além disso, os genótipos mais responsivos ao Si foram o SMIJ319-7 (sensível ao Al) e SMIF212-3 (tolerante ao Al). Para os experimentos de interação entre Si e Al, plantas de batata dos genótipos SMIJ319-7 (sensível ao Al) e SIMF212-3 (tolerante ao Al) foram cultivadas por quatorze dias em solução nutritiva (sem fósforo e pH 4,5±0,1) expostas a combinações de duas doses de Al (0 e 50 mg L-1 (AlCl3)) e três doses de Si (0; 0,5 e 1,0 mM (Na2SiO3)). Após este período, folhas e raízes de plantas dos dois genótipos foram coletadas para determinação do conteúdo de Al nos tecidos, parâmetros de crescimento, atividade enzimática (superóxido dismutase (SOD) e guaiacol peroxidase (POD)) e peroxidação lipídica. Raízes de plantas de batata de ambos os genótipos acumularam mais Al que a parte aérea, sendo que o genótipo tolerante ao Al acumulou mais Al que o sensível, tanto nas raízes como na parte aérea. Além disso, a presença de 0,5 mM de Si no meio de crescimento juntamente com Al reduziu o conteúdo de Al nas raízes no genótipo tolerante ao Al. O Al ocasionou uma redução no comprimento, número de pontas de raízes, área de superfície, volume e número de ramificações de raízes, número de folhas e área foliar de ambos os genótipos de batata, e o Si amenizou os efeitos tóxicos do Al em ambos os genótipos de batata somente para os parâmetros número de ramificações de raízes e número de folhas. Além disso, o Si apresentou efeito benéfico para os parâmetros número de folhas, área foliar e número de estolões em ambos os genótipos. Para os parâmetros bioquímicos, houve maior atividade das enzimas antioxidantes e menor acúmulo de MDA quando as plantas foram expostas ao Si sob estresse de Al. A partir desses resultados fica claro que o Si pode ser capaz de amenizar os efeitos tóxicos do Al devido a possível indução de enzimas antioxidantes. Portanto o Si possui o potencial de amenizar os efeitos tóxicos do Al através de interações com este metal na planta.