Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-08-17T18:39:33Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1125299 bytes, checksum: 7e305c2c692f3338111eb553a367a3ac (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-17T18:39:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1125299 bytes, checksum: 7e305c2c692f3338111eb553a367a3ac (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A alta eficiência na absorção (EA) e ou utilização (EU) de nutrientes em um genótipo é desejável, por estar relacionado com a produção de biomassa, podendo contribuir para aumento na produtividade, redução na exportação de nutrientes e economia de fertilizantes. Deste modo, estudos que visam integrar conhecimentos sobre eficiência de absorção, eficiência de utilização nutricional e produtividade são de fundamental importância para o manejo nutricional e seleção de materiais genéticos mais eficientes, e sua alocação no campo considerando a exigência nutricional e a fertilidade do solo. Este trabalhou visou determinar os parâmetros da cinética de absorção de fósforo (P) e de potássio (K) em progênies de eucalipto; avaliar características morfológicas do sistema radicular e relacioná-las com a absorção de nutrientes; caracterizar as progênies de acordo com a eficiência de absorção e de utilização dos nutrientes; avaliar a atividade de enzimas relacionadas à absorção e utilização de P e de N pelas progênies; classificar as progênies quanto à eficiência de absorção e de utilização dos nutrientes e verificar se as enzimas avaliadas podem ser usadas como biomarcadores do status nutricional de progênies de eucalipto. O primeiro experimento foi conduzido em casa de vegetação e câmara de crescimento, utilizando-se mudas de 11 progênies de eucalipto, cultivadas em solução nutritiva. Os tratamentos, representados pelas onze progênies, foram distribuídos em delineamento em blocos casualizados, com três repetições. Após 62 dias de cultivo, foram determinados os atributos do crescimento da parte aérea e raízes, produção de biomassa, eficiências de absorção, translocação e utilização dos macronutrientes, os parâmetros cinéticos de absorção e o influxo de P e de K. Neste experimento, concluiu-se que as diferenças na eficiência nutricional das progênies de eucalipto são devidas apenas às diferenças na eficiência de absorção. A maior eficiência de absorção de fósforo pelas progênies 1, 3, 5, 6, 9 e 10 é atribuida a diferenças na velocidade máxima de absorção e na constante de Michaelis- Menten. As progênies 1, 3 e 6 são as mais eficientes na absorção de potássio, mesmo em soluções com concentrações mínimas de K (Cmim), possivelmente em decorrência da afinidade entre o carregador e o ion e da maior área superfície específica das raízes. As progênies 1, 3 e 6 foram as mais eficientes na absorção de P e de K . As progênies de eucalipto não se diferenciaram na eficiência de utilização de P e de K . As diferenças entre as progênies de eucalipto quanto à eficiência nutricional de P e de K na fase de mudas sugerem a possibilidade de seleção de genótipos de eucalipto para condições distintas de fertilidade do solo. No segundo experimento foram utilizadas mudas de 11 progênies de eucalipto, que foram cultivadas em vaso de 3 dm3 com solo franco- arenoso, ao qual foram aplicados os tratamentos constituídos por doses de N, P e K. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com os tratamentos formando um fatorial 11x5 (11 progênies, 5 combinações de doses de N, P e K), com quatro repetições. Avaliaram-se características morfológicas do sistema radicular e foliar, massa de matéria seca de cada órgão (raiz, caule, folhas), teores e conteúdos de N, P e K, eficiência de absorção, translocação e utilização dos respectivos nutrientes, trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, teor dos pigmentos, atividade enzimáticas da nitrato redutase (NR), glutamina sintetase (GS), fosfatase ácida (APase) e ribonuclease (RNase). Foi aplicado o teste de Scott-Knott a todas as variáveis respostas avaliadas nas progênies. Concluiu-se que o crescimento das progênies de eucalipto foi mais afetado pela limitação de N , seguido da limitação de P e de K no solo. A fotossíntese e os teores dos pigmentos fotossintéticos nas progênies de eucalipto são mais afetados negativamente pela restrição de N no solo, seguido da restrição de K. A limitação de N no solo causa redução da taxa fotossintética líquida nas progênies de eucalipto pelo dano fotoquímico e bioquímico. As progênies de eucalipto apresentam respostas diferenciais ao estresse nutricional pela limitação de N , de P ou de NPK em conjunto no solo, sendo as atividades enzimáticas da NR e APase biomarcadores potenciais para uso na diagnose do status nutricional de N e de P nas progênies. A atividade enzimática da APase na folha e na raiz foi o biomarcador mais responsivo à limitação na disponibilidade de P e da NR na folha a mais responsiva à limitação de N. As progênies 4, 5, 6, 7, 9, 10 e 11 são as progênies com maior crescimento e eficiência na utilização de P, em condição restrita desse nutriente no solo. A progênie 5 apresenta maior eficiência na absorção e utilização de P em condição restrita desse nutriente no solo. A maior eficiência de uso de K ocorreu nas progênies 1, 3, 5, 7, 10 e 11 em condição de limitação do nutriente no solo. As progênies 5, 7, 10 e 11 são mais eficientes na utilização tanto de P como de K , em condição de limitação desses nutrientes. Restrições fortes no suprimento de N não permitem que progênies de eucalipto se diferenciem na absorção e utilização do nutriente. Em suma, este estudo constatou que há diferenças nutricionais entre progênies que redundam em diferenças de crescimento e atividade de enzimas relacionadas à nutrição nitrogenada, fosfatada e potássica. / The high efficiency in the absorption and utilization of nutrients in a genotype is desirable because it is related to biomass production and can contribute to increased productivity, reduced nutrient exportation and fertilizer economy. Thus, studies aimed at integrating knowledge on absorption efficiency, nutritional utilization efficiency and productivity are of fundamental importance for the nutritional management and selection of more efficient genetic materials that could be allocated in an area according to their nutritional requirement. This work aimed to determine the parameters of the kinetics of phosphorus (P) and potassium (K) uptake in eucalyptus progenies; To evaluate the morphological characteristics of the root system and to relate them to the absorption of nutrients; Characterize the progenies according to the efficiency of absorption and utilization of the nutrients; To evaluate the activity of key P and N enzymes; To classify the progenies as to the efficiency of absorption and utilization of the nutrients and to verify if the evaluated enzymes can be used as biomarkers of the nutritional status of progenies of eucalyptus. The first experiment was conducted in a greenhouse and growing chamber, using seedlings of 11 progenies of eucalyptus, grown in nutrient solution. The treatments, represented by eleven progenies, were distributed in a randomized complete block design, with three replications. After 62 days of cultivation, root and shoot growth, biomass production, absorption efficiencies, translocation and macronutrient utilization, kinetic parameters of absorption and P and K influx were determined. In this experiment, The differences in nutritional efficiency of eucalyptus progenies are due only to differences in absorption efficiency. The greater efficiency of P absorption by progenies 1, 3, 5, 6, 9 and 10 is attributed to differences in the maximum rate of absorption and the Michaelis- Menten constant. Progenies 1, 3 and 6 are the most efficient in K uptake due to the minimum concentration of K required in the soil and the Michaelis-Menten constant, in addition to the greater specific surface area of the roots. Progenies 1, 3 and 6 were the most efficient in the absorption of both P and K The progenies of eucalyptus did not differentiate in relation to the efficiency of P and K utilization. Progenies 5, 9 and 10 were the most efficient in both P and K absorption and utilization, when they related the absorption and utilization efficiencies of each nutrient, separately. The differences between eucalyptus progenies and the nutritional efficiency of P and K in the seedling stage suggest the possibility of selecting eucalyptus genotypes for different soil fertility conditions. The second experiment used seedlings of eleven progenies of eucalyptus that were cultivated in a 3 dm3 pot with sandy loam soil, to which the treatments constituted by N, P and K doses were applied. The experimental design was a randomized block design , With the treatments forming an 11x5 factorial (11 progenies, 5 dose combinations of N, P and K), with four replicates. Data were obtained on the morphological characteristics of the root and leaf system, dry mass of each organ (root, stem, leaves), contents and contents of N, P and K, absorption efficiency, translocation and utilization of nutrients, (NR), glutamine synthetase (GS), acid phosphatase (APase), and ribonuclease (RNase). The Scott-Knott test was performed for all variables evaluated in the progenies. In the second experiment it was concluded that the growth of eucalyptus progenies in greenhouse is more affected by nitrogen limitation, followed by phosphorus and potassium limitation in the soil. Photosynthesis and photosynthetic pigment contents in eucalyptus progenies are more negatively affected by N restriction in the soil, followed by K restriction. The limitation of N in the soil causes reduction of the net photosynthetic rate in eucalyptus progenies due to photochemical and biochemical damage. The eucalyptus progenies present differential responses to nutritional stress by limiting N, P or N , P and K together in the soil, and the enzymatic activities of NR and APase are potential biomarkers for use in the diagnosis of N nutritional status and P in the progenies. The enzymatic activity of leaf and root APase was the biomarker most responsive to the limitation in the availability of P and NR in the leaf most responsive to N limitation. Progenies 4, 5, 6, 7, 9, 10 and 11 are the progenies with the highest growth and efficiency in the use of P , in a restricted condition of this nutrient in the soil. Progeny 5 presents greater efficiency in the absorption and utilization of P in restricted condition of this nutrient in the soil. The highest efficiency of K use is found in progenies 1, 3, 5, 7, 10 and 11 under soil K limitation. Progenies 5, 7, 10 and 11 are more efficient in the use of both P and K , in condition of limitation of these nutrients. Strong N supply constraints do not allow eucalyptus progenies to differentiate into nutrient uptake and utilization. Therefore, this study showed nutricional differences among the studied progenies, which leads to differences in growth and enzime activity related to the nutrition of nitrogen, phosphorus and potassium.

Submitted by Gustavo Caixeta (gucaixeta@gmail.com) on 2017-02-21T13:14:53Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 339223 bytes, checksum: 05053be3fb027d334a0a4fdb00eea1a1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-21T13:14:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 339223 bytes, checksum: 05053be3fb027d334a0a4fdb00eea1a1 (MD5) Previous issue date: 1996-02-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES, Brasil / Estudaram-se a absorção e o metabolismo do S influenciados pelo Al em dois cultivares de sorgo, um sensível (BR007A) e outro tolerante (BR006R) ao Al, com o objetivo de esclarecer alguns aspectos da tolerância a este elemento. As plantas, cultivadas em solução nutritiva, pH 4,0, foram submetidas a duas concentrações de Al (0 e 0,185 mM) e a duas concentrações de sulfato (0 e 0,6 mM) durante 10 dias. Determinaram-se, então, os pesos de matéria seca; os teores de Al, S-total, S-orgânico, S-sulfato e tióis totais; as constantes cinéticas de absorção de S; e a atividade da sulfurilase do ATP. A produção de matéria seca foi bastante reduzida tanto na ausência de S quanto na presença de Al. O Al acumulou-se principalmente no sistema radicular dos dois cultivares, independentemente da presença de S e reduziu o valor das constantes cinéticas V max e K m nos dois cultivares ou apenas no sensível, respectivamente. O C min foi idêntico nos dois cultivares, não tendo sido influenciado pelo Al. Os efeitos do Al sobre estas constantes foram sempre mais intensos quando as plantas foram cultivadas na sua presença. Os teores das frações sulfuradas decresceram na ausência de S ou na presença de Al nos dois cultivares, especialmente no sistema radicular. As reduções nas frações sulfuradas causadas pelo Al foram sempre maiores na presença de S. O cultivar tolerante, apesar do menor teor de S-total, apresentou índice de utilização deste elemento na presença de Al maior do que o cultivar sensível, principalmente no sistema radicular. O teor de tióis, independentemente da presença de S, aumentou nos tratamentos com Al, principalmente no sistema radicular. Este aumento, contudo, parece ser uma reação geral da planta ao estresse e não um mecanismo específico de tolerância das plantas de sorgo ao Al. A redução do sulfato pela sulfurilase do ATP deu-se, preferencialmente, na parte aérea. A atividade desta enzima, maior no cultivar tolerante, decresceu fortemente na presença de Al, independentemente da presença de S. / Sulfur uptake and metabolism influenced by Al were studied in two sorghum cultivars, one Al-sensitive (BR007A) and other Al-tolerant (BR006R), with the main objective to better understand some aspects of Al tolerance. Plants grown in nutrient solution, pH 4.0, were exposed to two Al concentrations (0 and 0.185 mM) and to two S concentrations (0 and 0.6 mM) during 10 days. Dry weight, Al, total-S, organic-S, sulfate-S, soluble thiol concentrations, kinetic constant of S uptake and ATP sulfurylase activity were determined. Dry weight yield was strongly reduced in the absence of S and, or presence of Al. Aluminum acumulated mainly in the root system of both cultivars, independent of the presence of S. The kinetic constants: V max and K m were reduced in the presence of Al in both cultivars or only in the Al-sensitive cultivar, respectively. The C min was identical in the two cultivars and did not change with Al treatment. Aluminum effects on those kinetic constants were always stronger when Al was added to the growth medium than in the absorption medium. The concentration of the various S fractions decreased in the S absence or Al presence, especially in the root system of both cultivars. The Al-induced reductions in these S fractions were always stronger when S was present. Although showing lower S- total concentration the Al-tolerant cultivar had in the presence of Al a higher S utilization index than the Al-sensitive one. The thiol concentration increase with Al treatment independent of S presence, especially in the root system. This increase however seems to be a general plant reaction to the stress rather than a specific Al tolerance mechanism in sorghum. The sulfate reduction, based on ATP sulfurylase activity occurred mainly in the leaves. The activity of this enzyme, higher in the Al-tolerant cultivar, was strongly reduced by Al in both cultivars, whether S was present or not in the growth medium.

O uso excessivo de fertilizantes nitrogenados com o intuito de aumentar a produtividade de culturas de tomateiro (Solanum lycopersicum) é decorrente da expansão da demanda mundial. No entanto, o acúmulo/excesso de formas orgânicas ou inorgânicas de nitrogênio no solo está associado a diversos problemas ambientais. Uma alternativa para contornar esses problemas é a identificação de variabilidade genética para aquisição de N, garantindo uma alta produtividade e uma possível melhoria na eficiência do uso de N (NUE). Para tanto, os genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\', S. pimpinellifolium e S. habrochaites, previamente identificadas com capacidade de contrastante de absorção de N, foram utilizados em ensaios de cinética de absorção e provisão utilizando traçadores com 15N. Além disso, foi realizada a quantificação da expressão gênica relativa via amplificação de transcritos reversos (RT-qPCR) de genes relacionados ao transporte de amônio (AMTs - AMMONIUM TRANSPORTER - AMT1.1, AMT1.2 e AMT2.1) e nitrato (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS - NRT1.1, NRT2.1, NRT2.2 e NAR2) para correlacionar a capacidade de absorção de N com expressão desses genes.. Solanum pimpinellifolium possui maior capacidade de absorção de amônio por suas raízes quando comparado aos genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites sob condições contrastantes de disponibilidade de N. Esse fenótipo está relacionado à maior indução da expressão do gene SlAMT1.1 em raízes S. pimpinellifolium. Durante a provisão de amônio, o genótipo S. habrochaites apresentou menor inibição do processo de aquisição de 15N-amônio quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. pimpinellifolium. A correlação com os níveis de expressão dos principais transportadores de amônio sugere uma regulação alostérica diferenciada da proteína SlAMT1.1 nesse genótipo. A clonagem e sequenciamento da região codificadora do gene SlAMT1.1 entre os genótipos indicou a existência de diferença na sequência de aminoácidos, principalmente de S. habrochaites. Em particular o resíduo Ser240Gly na alça citosólica, a qual é fundamental durante a regulação alostérica, o que pode estar relacionado à menor inibição do influxo de amônio sob provisão de N. A clonagem e sequenciamento da região promotora do gene SlAMT1.1 dos três genótipos indicaram a presença de motivos regulatórios distintos na região promotora de SlAMT1.1 de S. pimpinellifolium quando comparado a mesma região do genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites, o que implicar numa correlação com a maior capacidade de aquisição de amônio em raízes de S. pimpinellifolium. Os resultados de cinética de aquisição de nitrato sugerem que S. pimpinellifolium apresenta maior capacidade quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites, devido a maior indução dos principais genes de transportadores SlNRT2.1 e SlNRT2.2. A correlação dos estudos de influxo de nitrato e expressão de genes relacionados ao transporte dessa forma de N identificaram que SlNRT2.1 é o principal transportador a ser regulado em raízes dos três genótipos avaliados quando submetidos a condições de provisão de nitrato. Contudo, o genótipo S. habrochaites apresentou maior capacidade de induzir SlNRT2.1 quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. pimpinellifolium sob provisão de nitrato / High nitrogen fertilizer input is required to increase the yield of tomato (Solanum lycopersicum) to attend to the rising world demand. N fertilization might result in a detrimental impact on the environment, such as contributing to greenhouse gases and groundwater pollution. One approach to reducing the excessive use of N fertilizers is the evaluation of natural genetic variability for N use efficiency (NUE) of crop plants. Therefore, the genotypes S. pimpinellifolium, S. lycopersicum cv \'Santa Clara\', and S. habrochaites, previously identified with contrasting capacity of N absorption, were used in kinetic and provision assays using short-term 15N-labeled. Furthermore, the relative quantification of gene expression via quantitative reverse transcription PCR (RT-qPCR) of genes related to the ammonium transport (AMTs - AMMONIUM TRANSPORTER - AMT1.1, AMT1.2 and AMT2.1) and nitrate (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS - NRT1.1, NRT2.1, NRT2.2 and NAR2) was performed to correlate the N absorption capacity with the expression of these genes. Solanum pimpinellifolium has greater ammonium absorption in its roots when compared to genotypes S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. habrochaites under contrasting conditions of N availability. This phenotype is associated with the greater induction of SlAMT1.1 expression in S. pimpinellifolium roots. During ammonium provision, genotype S. habrochaites showed lower inhibition of the 15N-ammonium acquisition compared to S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. pimpinellifolium. The correlation with the expression levels of the main ammonium transporter suggests a different allosteric regulation of SlAMT1.1 protein in S. habrochaites. The comparison of the SlAMT1.1 coding region in the three genotypes indicated the existence of differences in amino acid sequence, particularly in S. habrochaites. The change of Ser240Gly in the cytosolic loop of S. habrochaites, which is critical during the allosteric regulation, may be related to the inhibition of ammonium influx. The cloning and sequencing of the promoter region of the gene SlAMT1.1 indicates the presence of different regulatory motifs in the promoter of SlAMT1.1 in S. pimpinellifolium when compared to S. lycopersicum cv Santa Clara and S. habrochaites. This can be correlated with the highest ammonium acquisition capacity of S pimpinellifolium roots. Therefore, nitrate kinetic studies showed that S. pimpinellifolium has greater acquisition of nitrate in their roots when compared to S. lycopersicum cv Santa Clara and S. habrochaites, due to increased induction of SlNRT2.1 and SlNRT2.2 genes. The correlation among nitrate influx studies and expression of genes related to the transport of this N form suggest that SlNRT2.1 is the main transporter regulated in roots of the three genotypes under nitrate supply. In addition, the genotype S. habrochaites showed greater ability to induce SlNRT2.1 when compared to S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. pimpinellifolium in nitrate supply

A expansão da área de cultivo da cana-de-açúcar (Saccharum spp.) para solos marginais e a necessidade de manutenção da alta produtividade tem levado a maior aplicação de fertilizantes nitrogenados na cultura. Esta prática, porém, incorre em altos custos financeiros e ambientais. Comparado a outras culturas, cana-de-açúcar possui baixa resposta a aplicação de fertilizantes nitrogenados, mas as causas desta baixa eficiência no uso de N (NUE) permanecem desconhecidas. Na tentativa de compreender os mecanismos envolvidos no NUE em cana-de-açúcar, este trabalho realizou a caracterização fisiológica dos processos de absorção de nitrato e remobilização de N por estudos de cinética de absorção e experimentos de translocação de 15N. Além disso, analisou-se o perfil de expressão de genes codificadores de transportadores de nitrato (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS). Plantas da cultivar \'SP80-3280\' foram expostas à condições distintas de suplemento de N para investigar a regulação do processo de aquisição. Além de comprovar a menor eficiência da cana-de-açúcar na aquisição de nitrato quando comparada com amônio, foi demonstrada a presença de sistema de transporte de alta afinidade (HATS, High Affinity Transport System) para ambas as fontes de N presentes em raízes, induzido sob baixas concentrações externas de N e/ou sob baixo status de N na planta. Observou-se que amônio regula negativamente a absorção de nitrato, modulando a expressão dos genes envolvidos neste processo. Em plantas sob condições de deficiência de N (-N) foi verificada a regulação tardia do HATS responsável pela aquisição de nitrato. A ausência de correlação entre o influxo de 15N e acúmulo de transcritos de transportadores de nitrato sugere a existência de uma regulação pós-transcricional dos transportadores do HATS em raízes submetidas a provisão de nitrato. Para caracterizar o processo de remobilização, plantas foram submetidas a condições contrastantes de disponibilidade de N na tentativa de identificar o mecanismo pelo qual nitrato pode ser regulado durante este processo. Apesar da reduzida eficiência na aquisição e estoque de nitrato, cana-de-açúcar possui a capacidade de utilizar nitrato como fonte de N, e em condições suficientes de suplemento de N, nitrato e amônio são utilizados como fonte de N. Sob restrição de N, porém, nitrato apresenta maior fluxo em raízes e colmos, enquanto que amônio ainda permanece como fonte de N em folhas jovens devido a alteração no carregamento de nitrato no xilema. Todavia, o suplemento de nitrato a ser reduzido e assimilado em folhas parece ter origem no colmo. Portanto, a modulação da expressão dos transportadores NRT assegura a alocação de nitrato em cana-de-açúcar quando N é limitante em solos / The expansion of sugarcane (Saccharum spp.) cultivated area to marginal lands and the need to maintain high yield have led to increasing application of nitrogen fertilizers. However, this practice represents high economic and environmental costs. Compared to other crops, sugarcane displays a low response to N fertilization, but the causation of the low nitrogen use efficiency (NUE) remains unknown. To understand the mechanism involved in NUE, this study was carried out to conduct the physiological characterization of nitrate uptake and N remobilization in sugarcane by uptake kinetic analysis and translocation experiments using 15N. Further, the expression profile of genes encoding nitrate transporters (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS) involved in both processes was determined. Plantlets of cultivar \'SP80-3280\' were exposed to various N supplement conditions to investigate the regulation of the uptake process. The lower efficiency in nitrate acquisition compared to ammonium was corroborated and extended for low N conditions. The occurrence in sugarcane roots of high affinity uptake systems (HATS, High Affinity Transport System) for both N sources,, induced at low external concentrations of N and/or low N status in the plant was confirmed. Ammonium negatively regulates nitrate uptake by modulating the expression of genes involved in this process. Plants under N deficiency (-N) exhibited a late regulation of HATS responsible for nitrate uptake. The lack of correlation between 15N influx and transcript accumulation of nitrate transporter genes suggests the existence of a post-transcriptional regulation of HATS in roots subjected to nitrate resupply. To characterize the remobilization process, plants were submitted to contrasting conditions of N availability to identify the mechanisms by which nitrate may be affected during this process. Despite the low efficiency of nitrate uptake and storage, sugarcane demonstrates the ability to use nitrate as N source. In N sufficient conditions (+N), ammonium and nitrate are used as N source. Under restriction of N, however, nitrate has increased flow in roots and stems, while ammonium remains as N source to young leaves by change in nitrate loading into the xylem. However, the source of the nitrate to be reduced and assimilated in leaves appears to be originated from the culm. Therefore, modulation of NRT transporters expression ensures nitrate allocation in sugarcane when N is limited in soils

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-10-13Bitstream added on 2014-06-13T19:07:37Z : No. of bitstreams: 1 martins_po_me_botfca.pdf: 595131 bytes, checksum: 36c47785fb004c4dc8719a57463dcab7 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O silício é considerado, para o arroz e a cana-de-açúcar, um elemento de relevada importância, pois, em muitas situações, tem proporcionado maiores tolerâncias a estresses bióticos e abióticos. No entanto, em muitas situações não tem sido constatado efeito positivo do silício, o que pode estar relacionado a fatores genéticos quanto à capacidade em adquirir silício em baixa disponibilidade e/ou utilizar o elemento absorvido com maior eficiência. Os mecanismos de absorção presentes na interface solo-raiz são influenciados por eficiência fisiológica e pela morfologia radicular das plantas, representada pelo comprimento, superfície e diâmetro das raízes. Assim, o presente trabalho teve por objetivo, mediante o acompanhamento da cinética de absorção de Si (Vmax, Km e Cmin), encontrar respostas entre cultivares de cana-de-açúcar e de arroz quanto à capacidade de absorção e utilização do silício, quando submetidas a condições distintas de disponibilidade e carência do elemento, procurando relacioná-las a parâmetros fisiológicos de absorção, parâmetros morfológicos de raízes e eficiência de utilização deste mineral. Foram realizados dois experimentos independentes, um para a cana-de-açúcar e outro para o arroz, em casa de vegetação, na Faculdade de Ciências Agronômicas/UNESP, em Botucatu-SP. O delineamento experimental de cada experimento foi inteiramente casualizado, em esquema fatorial composto por dois cultivares distintos quanto ao acúmulo de silício para o arroz (1- alto acúmulo: Caiapó e 2- baixo acúmulo: Maravilha) e para cana-de-açúcar (1- alto acúmulo: RB85-5035 e 2- baixo acúmulo: SP81-3250) e dois níveis de silício (alto: 1,7mmol L-1 e baixo: 0,1mmol L-1), com seis repetições. Foram avaliados os parâmetros cinéticos (Vmax, Km e Cmin), parâmetros morfológicos da raiz (comprimento, diâmetro e superfície), massa... / Silicon is considered of great importance for sugar cane and rice because it can improve tolerance to biotic and abiotic stress. However, silicon has not shown positive effects in many situations probably due to genetic factors related to capacity of plants to absorb this element in lower availability or/and efficiently use it. Uptake mechanisms found in root-soil interface are influenced by physiological efficiency and aspects of root morphology such as length, surface and diameter. Therefore, this research had the objective of monitoring Si uptake kinetics (Vmax, Km and Cmin) and identifying responses among sugar cane varieties and rice cultivars related to plant capacity of Si uptake and use under distinct conditions of availability and deficiency, associating them to physiological aspects of absorption, root morphology parameters and use efficiency. Two greenhouse experiments were separately carried out for sugar cane and rice in the College of Agricultural Sciences, UNESP, Botucatu-SP, Brazil. The experimental design for each crop was the completely randomized with six replications, analyzed as a factorial that consisted of two rice cultivars (1- high accumulation: ‘Caiapó’ and 2- low accumulation: ‘Maravilha’) and sugar cane varieties (1- high accumulation: RB85-5035 and 2- low accumulation: SP81-3250) with distinct silicon accumulation capacity and two silicon levels (sufficient: 1.7 mmol L-1 and insufficient: 0.1 mmol L-1). Kinetic parameters (Vmax, Km and Cmin), root morphology aspects (length, diameter and surface), dry matter, silicon accumulation and level in shoot and root, uptake efficiency, use efficiency and root/shoot ratio were evaluated for sugar cane and rice. Data was submitted to variance analysis and means were compared by the LSD test at a probability level of 5%. The higher silicon concentration in the nutrient solution did not increase neither sugar... (Complete abstract click electronic access below)

A expansão da área de cultivo da cana-de-açúcar (Saccharum spp.) para solos marginais e a necessidade de manutenção da alta produtividade tem levado a maior aplicação de fertilizantes nitrogenados na cultura. Esta prática, porém, incorre em altos custos financeiros e ambientais. Comparado a outras culturas, cana-de-açúcar possui baixa resposta a aplicação de fertilizantes nitrogenados, mas as causas desta baixa eficiência no uso de N (NUE) permanecem desconhecidas. Na tentativa de compreender os mecanismos envolvidos no NUE em cana-de-açúcar, este trabalho realizou a caracterização fisiológica dos processos de absorção de nitrato e remobilização de N por estudos de cinética de absorção e experimentos de translocação de 15N. Além disso, analisou-se o perfil de expressão de genes codificadores de transportadores de nitrato (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS). Plantas da cultivar \'SP80-3280\' foram expostas à condições distintas de suplemento de N para investigar a regulação do processo de aquisição. Além de comprovar a menor eficiência da cana-de-açúcar na aquisição de nitrato quando comparada com amônio, foi demonstrada a presença de sistema de transporte de alta afinidade (HATS, High Affinity Transport System) para ambas as fontes de N presentes em raízes, induzido sob baixas concentrações externas de N e/ou sob baixo status de N na planta. Observou-se que amônio regula negativamente a absorção de nitrato, modulando a expressão dos genes envolvidos neste processo. Em plantas sob condições de deficiência de N (-N) foi verificada a regulação tardia do HATS responsável pela aquisição de nitrato. A ausência de correlação entre o influxo de 15N e acúmulo de transcritos de transportadores de nitrato sugere a existência de uma regulação pós-transcricional dos transportadores do HATS em raízes submetidas a provisão de nitrato. Para caracterizar o processo de remobilização, plantas foram submetidas a condições contrastantes de disponibilidade de N na tentativa de identificar o mecanismo pelo qual nitrato pode ser regulado durante este processo. Apesar da reduzida eficiência na aquisição e estoque de nitrato, cana-de-açúcar possui a capacidade de utilizar nitrato como fonte de N, e em condições suficientes de suplemento de N, nitrato e amônio são utilizados como fonte de N. Sob restrição de N, porém, nitrato apresenta maior fluxo em raízes e colmos, enquanto que amônio ainda permanece como fonte de N em folhas jovens devido a alteração no carregamento de nitrato no xilema. Todavia, o suplemento de nitrato a ser reduzido e assimilado em folhas parece ter origem no colmo. Portanto, a modulação da expressão dos transportadores NRT assegura a alocação de nitrato em cana-de-açúcar quando N é limitante em solos / The expansion of sugarcane (Saccharum spp.) cultivated area to marginal lands and the need to maintain high yield have led to increasing application of nitrogen fertilizers. However, this practice represents high economic and environmental costs. Compared to other crops, sugarcane displays a low response to N fertilization, but the causation of the low nitrogen use efficiency (NUE) remains unknown. To understand the mechanism involved in NUE, this study was carried out to conduct the physiological characterization of nitrate uptake and N remobilization in sugarcane by uptake kinetic analysis and translocation experiments using 15N. Further, the expression profile of genes encoding nitrate transporters (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS) involved in both processes was determined. Plantlets of cultivar \'SP80-3280\' were exposed to various N supplement conditions to investigate the regulation of the uptake process. The lower efficiency in nitrate acquisition compared to ammonium was corroborated and extended for low N conditions. The occurrence in sugarcane roots of high affinity uptake systems (HATS, High Affinity Transport System) for both N sources,, induced at low external concentrations of N and/or low N status in the plant was confirmed. Ammonium negatively regulates nitrate uptake by modulating the expression of genes involved in this process. Plants under N deficiency (-N) exhibited a late regulation of HATS responsible for nitrate uptake. The lack of correlation between 15N influx and transcript accumulation of nitrate transporter genes suggests the existence of a post-transcriptional regulation of HATS in roots subjected to nitrate resupply. To characterize the remobilization process, plants were submitted to contrasting conditions of N availability to identify the mechanisms by which nitrate may be affected during this process. Despite the low efficiency of nitrate uptake and storage, sugarcane demonstrates the ability to use nitrate as N source. In N sufficient conditions (+N), ammonium and nitrate are used as N source. Under restriction of N, however, nitrate has increased flow in roots and stems, while ammonium remains as N source to young leaves by change in nitrate loading into the xylem. However, the source of the nitrate to be reduced and assimilated in leaves appears to be originated from the culm. Therefore, modulation of NRT transporters expression ensures nitrate allocation in sugarcane when N is limited in soils

O uso excessivo de fertilizantes nitrogenados com o intuito de aumentar a produtividade de culturas de tomateiro (Solanum lycopersicum) é decorrente da expansão da demanda mundial. No entanto, o acúmulo/excesso de formas orgânicas ou inorgânicas de nitrogênio no solo está associado a diversos problemas ambientais. Uma alternativa para contornar esses problemas é a identificação de variabilidade genética para aquisição de N, garantindo uma alta produtividade e uma possível melhoria na eficiência do uso de N (NUE). Para tanto, os genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\', S. pimpinellifolium e S. habrochaites, previamente identificadas com capacidade de contrastante de absorção de N, foram utilizados em ensaios de cinética de absorção e provisão utilizando traçadores com 15N. Além disso, foi realizada a quantificação da expressão gênica relativa via amplificação de transcritos reversos (RT-qPCR) de genes relacionados ao transporte de amônio (AMTs - AMMONIUM TRANSPORTER - AMT1.1, AMT1.2 e AMT2.1) e nitrato (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS - NRT1.1, NRT2.1, NRT2.2 e NAR2) para correlacionar a capacidade de absorção de N com expressão desses genes.. Solanum pimpinellifolium possui maior capacidade de absorção de amônio por suas raízes quando comparado aos genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites sob condições contrastantes de disponibilidade de N. Esse fenótipo está relacionado à maior indução da expressão do gene SlAMT1.1 em raízes S. pimpinellifolium. Durante a provisão de amônio, o genótipo S. habrochaites apresentou menor inibição do processo de aquisição de 15N-amônio quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. pimpinellifolium. A correlação com os níveis de expressão dos principais transportadores de amônio sugere uma regulação alostérica diferenciada da proteína SlAMT1.1 nesse genótipo. A clonagem e sequenciamento da região codificadora do gene SlAMT1.1 entre os genótipos indicou a existência de diferença na sequência de aminoácidos, principalmente de S. habrochaites. Em particular o resíduo Ser240Gly na alça citosólica, a qual é fundamental durante a regulação alostérica, o que pode estar relacionado à menor inibição do influxo de amônio sob provisão de N. A clonagem e sequenciamento da região promotora do gene SlAMT1.1 dos três genótipos indicaram a presença de motivos regulatórios distintos na região promotora de SlAMT1.1 de S. pimpinellifolium quando comparado a mesma região do genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites, o que implicar numa correlação com a maior capacidade de aquisição de amônio em raízes de S. pimpinellifolium. Os resultados de cinética de aquisição de nitrato sugerem que S. pimpinellifolium apresenta maior capacidade quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites, devido a maior indução dos principais genes de transportadores SlNRT2.1 e SlNRT2.2. A correlação dos estudos de influxo de nitrato e expressão de genes relacionados ao transporte dessa forma de N identificaram que SlNRT2.1 é o principal transportador a ser regulado em raízes dos três genótipos avaliados quando submetidos a condições de provisão de nitrato. Contudo, o genótipo S. habrochaites apresentou maior capacidade de induzir SlNRT2.1 quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. pimpinellifolium sob provisão de nitrato / High nitrogen fertilizer input is required to increase the yield of tomato (Solanum lycopersicum) to attend to the rising world demand. N fertilization might result in a detrimental impact on the environment, such as contributing to greenhouse gases and groundwater pollution. One approach to reducing the excessive use of N fertilizers is the evaluation of natural genetic variability for N use efficiency (NUE) of crop plants. Therefore, the genotypes S. pimpinellifolium, S. lycopersicum cv \'Santa Clara\', and S. habrochaites, previously identified with contrasting capacity of N absorption, were used in kinetic and provision assays using short-term 15N-labeled. Furthermore, the relative quantification of gene expression via quantitative reverse transcription PCR (RT-qPCR) of genes related to the ammonium transport (AMTs - AMMONIUM TRANSPORTER - AMT1.1, AMT1.2 and AMT2.1) and nitrate (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS - NRT1.1, NRT2.1, NRT2.2 and NAR2) was performed to correlate the N absorption capacity with the expression of these genes. Solanum pimpinellifolium has greater ammonium absorption in its roots when compared to genotypes S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. habrochaites under contrasting conditions of N availability. This phenotype is associated with the greater induction of SlAMT1.1 expression in S. pimpinellifolium roots. During ammonium provision, genotype S. habrochaites showed lower inhibition of the 15N-ammonium acquisition compared to S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. pimpinellifolium. The correlation with the expression levels of the main ammonium transporter suggests a different allosteric regulation of SlAMT1.1 protein in S. habrochaites. The comparison of the SlAMT1.1 coding region in the three genotypes indicated the existence of differences in amino acid sequence, particularly in S. habrochaites. The change of Ser240Gly in the cytosolic loop of S. habrochaites, which is critical during the allosteric regulation, may be related to the inhibition of ammonium influx. The cloning and sequencing of the promoter region of the gene SlAMT1.1 indicates the presence of different regulatory motifs in the promoter of SlAMT1.1 in S. pimpinellifolium when compared to S. lycopersicum cv Santa Clara and S. habrochaites. This can be correlated with the highest ammonium acquisition capacity of S pimpinellifolium roots. Therefore, nitrate kinetic studies showed that S. pimpinellifolium has greater acquisition of nitrate in their roots when compared to S. lycopersicum cv Santa Clara and S. habrochaites, due to increased induction of SlNRT2.1 and SlNRT2.2 genes. The correlation among nitrate influx studies and expression of genes related to the transport of this N form suggest that SlNRT2.1 is the main transporter regulated in roots of the three genotypes under nitrate supply. In addition, the genotype S. habrochaites showed greater ability to induce SlNRT2.1 when compared to S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. pimpinellifolium in nitrate supply

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:36:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Fernanda_San Martins_Sanes.pdf: 5281441 bytes, checksum: fbbc1a751686fa9d7ba5f7cfcc6c3273 (MD5) Previous issue date: 2009-07-06 / The rice is the cultivated and consumed cereals more in Brazil. In the coastal region, the adverse effect of salinity can cause decrease in plant growth and nutrients uptake, being that the absorption capacity, mainly of K, that is one of the main nutrients for the culture of the rice irrigated, is the result of the tax of absorption for unit of length of roots, as well as its morphology. With the objective of this study was to evaluate rice genotypes with respect to salts tolerance in irrigation water and with different K uptake, two studies, being one experiment was developed in an experimental area of Embrapa Clima Temperado, Capão do Leão, RS, in tanks of masonry, where a surface layer of an Albaqualf soil was deposited. The treatments applied from the time of differentiation panicle to physiological maturity: plant irrigation with drinking water, water with 0.25% NaCl and water with 0.5% NaCl, arranged in a completely randomized design, with three replications. There were evaluated twelve rice genotypes: BRS Querência, BRS Atalanta, BRS Bojuru, BRS Fronteira, CNA 10754, CNA 10756, CNA 10757, BRA 1455, BRA 1024, BRA 1073, Avaxi. The Inov hybrid was only evaluated in the salinity experiment. In the first study. To the ending of the cycle of each genotype, the degree tolerance to the salinity the irrigation water was evaluated, for diagnose visual, evaluation of the productivity and text nutrients of each to cultivate. On the basis visual evaluation intensity of symptoms of damages for excess salt applied in the water irrigation in the period of differentiation panicle physiological maturity, all the genotypes are tolerant to the average level of salinity (0.25% of NaCl). In the high level (0.50% of NaCl), the genotypes `Avaxi', BRA 1024, `BRS Atalanta', `BRS Bojuru', `BRS Fronteira', CNA 10756 and `Inov' moderately classify as tolerant and BRA 1073 BRA 1455, `BRS Querência', CNA 10754 and moderately susceptible CNA 10757 as. The sterility of spikelet varies with the rice genotype, being distinguished to cultivate it BRS Bojuru, as only with inferior index 50%. Under the level highest salt in the irrigation water, the dry mass of the rice plants is reduced, having variations, still, between the genotypes. The text of sodium in the stalk and leves and the grains of rice increases with the concentration of salt in the irrigation water, the opposite occurring for the magnesium concentration. The increase of the salinity in the irrigation water increases texts of in the exchangeable one, the percentage of saturation for sodium and the electrical conductivity of the extract of saturation of the ground, not influencing the exchangeable concentration of excessively cations. In the study of the difference of capacity of absorption of K, The experiment was set up in an entirely randomized experimental design, with three repetitions. The amount of potassium absorbed for the genotypes of irrigated rice directly is related with area and the root length and development of the aerial part. The kinetic parameters of potassium absorption, Imax, km and Cmin, had varied between the genotypes resulting in three distinct groups how much to the tax of potassium accumulated. The group of bigger capacity of potassium uptake is formed by genotypes BRS Atalanta, BRS Querência, Avaxi, BRA 1073 and BRA 1455. The main responsible kinetic parameter for the biggest capacity of potassium uptake for cultivating BRS Atalanta is the Imax. The growth root, of genotypes Avaxi , BRS Querência , BRA 1073 and BRA 1455, compensated the lesser tax of absorption. / O arroz é um dos cereais mais cultivados e consumidos no Brasil. Na região litorânea do RS, o efeito adverso da salinidade pode causar diminuição no crescimento da planta e na absorção de nutrientes, sendo que a capacidade de absorção, principalmente de K, que é um dos principais nutrientes para a cultura do arroz irrigado, é o resultado da taxa de absorção por unidade de comprimento de raízes, bem como sua morfologia. Com o objetivo de identificar de genótipos de arroz com tolerância ao excesso de sais na água de irrigação e com diferentes taxas de absorção de K, foram realizados dois estudos, um na Estação Experimental Terras Baixas da Embrapa Clima Temperado, em tanques de alvenaria, contendo camada superficial de um Planossolo háplico, e outro no Depto de Solos da FAEM/UFPel, em bancada de luz, com solução nutritiva. Em ambos os experimentos foram avaliados os genótipos: BRS Querência , BRS Atalanta , BRS Bojuru , BRS Fronteira , CNA 10754, CNA 10756, CNA 10757, BRA 1455, BRA 1024, BRA 1073, Avaxi . O híbrido Inov foi avaliado somente no experimento de salinidade. No primeiro estudo, os tratamentos aplicados a partir do período da diferenciação da panícula até a maturação foram irrigação com: água natural; água com 0,25% de NaCl e água com 0,5% de NaCl, arranjados em delineamento experimental parcela subdivididas, com três repetições. Ao término do ciclo de cada genótipo, o grau de tolerância à salinidade da água de irrigação foi avaliado, por diagnose visual, avaliação da produtividade e teor de nutrientes de cada cultivar. Com base em avaliação visual de intensidade de sintomas de danos todos os genótipos são tolerantes ao nível médio de salinidade (0,25% de NaCl). No nível alto (0,50% de NaCl), os genótipos Avaxi , BRA 1024, BRS Atalanta , BRS Bojuru , BRS Fronteira , CNA 10756 e Inov classificam-se como moderadamente tolerantes e BRA 1073 BRA 1455, BRS Querência , CNA 10754 e CNA 10757 como moderadamente suscetíveis. A esterilidade de espiguetas varia com o genótipo de arroz, destacando-se a cultivar BRS Bojuru, como a única com índice inferior a 50%. Sob o nível mais alto de sal na água de irrigação, a massa seca das plantas de arroz é reduzida, havendo variações, ainda, entre os genótipos. O teor de sódio nos colmos e folhas e nos grãos de arroz aumenta com a concentração de sal na água de irrigação, o contrário ocorrendo para a concentração de magnésio. Nas condições em que foi realizado o experimento, o aumento da salinidade na água de irrigação aumenta os teores de Na trocável, a porcentagem de saturação por sódio e a condutividade elétrica do extrato de saturação do solo, não influenciando a concentração dos demais cátions trocáveis. No estudo da diferença de capacidade de absorção de K, o delineamento experimental foi completamente casualizado, com três repetições. A quantidade de K acumulado pelos genótipos de arroz irrigado está diretamente relacionada com área e o comprimento radicular e desenvolvimento da parte aérea. Os parâmetros cinéticos de absorção de potássio, Imax, Km e Cmin, variaram entre os genótipos resultando em três grupos distintos quanto à taxa de absorção de potássio. O grupo de maior capacidade de absorção de potássio é formado pelos genótipos BRS Atalanta, BRS Querência, Avaxi, BRA 1073 e BRA 1455. O principal parâmetro cinético responsável pela maior capacidade de absorção de potássio pela cultivar BRS Atalanta é o Imax. O crescimento radicular, dos genótipos Avaxi, BRS Querência, BRA 1073 e BRA 1455, compensou a menor taxa de absorção.

Cadmium (Cd) concentration in the environment has increased in most recent decades, which represents a serious socio-environmental problem, since Cd is toxic to most living beings. Thus, it is important to reduce the concentration of this metal in contaminated environments, and the use of plants properly supplied with sulfur (S) can contribute to this (phytoextraction), since S is a component of metabolites involved in defense responses against stress caused by Cd. Therefore, our aim with this study was to evaluate the effect of S on i) Cd uptake kinetics, ii) root development and nutrient uptake, iii) metabolic profiling and thiol peptides synthesis, and iv) activity of antioxidant and photosynthetic system of Massai grass (Panicum maximum Jacq. cv. Massai) used for Cd phytoextraction. The studies were carried out in a greenhouse conditions using pots of 0.5 and 2.0 L for development of the study about Cd uptake kinetics (treatments represented by combinations of S: 0.1 and 1.9 mmol L-1 and Cd concentrations: 0.1 and 0.5 mmol L-1) and Cd detoxification mechanisms (treatments represented by combinations of S: 0.1, 1.9 and 3.7 mmol L-1 and Cd concentrations: 0.0, 0.1 and 0.5 mmol L-1), respectively. Pots were distributed in randomized blocks, with four replications. Plants used in Cd kinetics study were exposed to treatments for 14 days after they remained in solutions containing only S for 42 days, while plants used in Cd detoxification study were exposed to treatments for 9 days after growing in solutions containing only S for 44 days. At the end of studies, plants used were harvested and sent for analysis. Maximum uptake rate (Vmax) and Cd apoplastic influx of Massai grass exposed to highest Cd concentration was highest when the plants were supplied with highest S concentration. The root development of Massai grass was strongly inhibited when plants were exposed to 0.5 mmol L-1 Cd, but proper (1.9 mmol L-1) S supply allowed highest Cd uptake, while excessive S supply (3.7 mmol L-1) decreased iron plaques formation in the roots of plants. Lysine, cysteine, ornithine, arginine, tryptophan and histidine were accumulated in more than one tissue in plants exposed to Cd, as well as galactinol. Glutathione (GSH), phytochelatins (PCs) and their homologues were strongly induced by Cd, whereas plants supplied with 1.9 and/or 3.7 mmol L-1 S showed the highest concentrations of these peptides. Plants supplied with highest S concentration showed lowest lipid peroxidation and highest photosynthetic rate, which evidences that antioxidant system of these plants was more efficient in mitigating the damages caused by Cd. In view of these results, it is clear that Massai grass properly supplied with S shows greatest Cd tolerance, as well as phytoextraction potential / A concentração de cádmio (Cd) no ambiente aumentou em décadas recentes, o que representa sério problema sócio-ambiental, visto que o Cd é tóxico para a maioria dos seres vivos. Por isso, é importante reduzir a concentração desse metal em ambientes contaminados e o uso de plantas adequadamente supridas com enxofre (S) pode contribuir para isso (fitoextração), uma vez que o S é componente de metabólitos envolvidos no combate ao estresse causado pelo Cd. Assim, o nosso objetivo com esse estudo foi avaliar o efeito do S na i) cinética de absorção do Cd, no ii) desenvolvimento radicular e na absorção de nutrientes, no iii) perfil metabólico e síntese de compostos tiol, e iv) na atividade do sistema antioxidante e fotossintético do capim-massai (Panicum maximum Jacq. cv. Massai), utilizado para fitoextração de Cd. Os estudos foram conduzidos em casa de vegetação utilizando-se vasos de 0,5 e 2,0 L para a condução do estudo de cinética de absorção de Cd (tratamentos representados pelas combinações das doses de S de 0,1 e 1,9 mmol L-1 e Cd de 0,1 e 0,5 mmol L-1) e para o estudo dos mecanismos de detoxificação de Cd (tratamentos representados pelas combinações das doses de S de 0,1; 1,9 e 3,7 mmol L-1 e Cd de 0,0; 0,1 e 0,5 mmol L-1), respectivamente. Os vasos foram distribuídos em blocos ao acaso, com quatro repetições. As plantas utilizadas no estudo de cinética foram expostas aos tratamentos durante 14 dias após as mesmas terem permanecido em soluções contendo apenas S durante 42 dias, enquanto as plantas utilizadas no estudo de detoxificação de Cd foram expostas aos tratamentos pelo período de 9 dias após terem crescido em soluções contendo apenas S por 44 dias. Ao final dos estudos, as plantas utilizadas foram colhidas e encaminhadas para análises. A velocidade máxima de absorção (Vmax) e o influxo apoplástico de Cd do capim-massai exposto à maior dose de Cd foram maiores quando as plantas foram supridas com a maior dose de S. O desenvolvimento radicular do capim-massai foi fortemente inibido quando as plantas foram expostas à dose de Cd de 0,5 mmol L-1, mas o adequado (1,9 mmol L-1) suprimento de S permitiu maior absorção de Cd, enquanto o suprimento excessivo (3,7 mmol L-1) de S diminuiu a formação de placas de ferro nas raízes das plantas. A lisina, cisteína, ornitina, arginina, triptofano e histidina foram acumulados em mais de um tecido nas plantas expostas ao Cd, assim como o galactinol. A glutationa (GSH), as fitoquelatinas (PCs) e seus homólogos foram fortemente induzidos pelo Cd, sendo que as plantas supridas com as doses de S de 1,9 e/ou 3,7 mmol L-1 apresentaram as maiores concentrações desses peptídeos. As plantas supridas com as maiores doses de S apresentaram menor peroxidação lipídica e maior taxa fotossintética, o que demonstra que o sistema antioxidante dessas plantas foi mais eficiente na atenuação dos danos causados pelo Cd. Diante desses resultados, fica claro que o capim-massai suprido adequadamente com S apresenta maior tolerância ao Cd, assim como maior potencial de fitoextração

Cadmium (Cd) concentration in the environment has increased in most recent decades, which represents a serious socio-environmental problem, since Cd is toxic to most living beings. Thus, it is important to reduce the concentration of this metal in contaminated environments, and the use of plants properly supplied with sulfur (S) can contribute to this (phytoextraction), since S is a component of metabolites involved in defense responses against stress caused by Cd. Therefore, our aim with this study was to evaluate the effect of S on i) Cd uptake kinetics, ii) root development and nutrient uptake, iii) metabolic profiling and thiol peptides synthesis, and iv) activity of antioxidant and photosynthetic system of Massai grass (Panicum maximum Jacq. cv. Massai) used for Cd phytoextraction. The studies were carried out in a greenhouse conditions using pots of 0.5 and 2.0 L for development of the study about Cd uptake kinetics (treatments represented by combinations of S: 0.1 and 1.9 mmol L-1 and Cd concentrations: 0.1 and 0.5 mmol L-1) and Cd detoxification mechanisms (treatments represented by combinations of S: 0.1, 1.9 and 3.7 mmol L-1 and Cd concentrations: 0.0, 0.1 and 0.5 mmol L-1), respectively. Pots were distributed in randomized blocks, with four replications. Plants used in Cd kinetics study were exposed to treatments for 14 days after they remained in solutions containing only S for 42 days, while plants used in Cd detoxification study were exposed to treatments for 9 days after growing in solutions containing only S for 44 days. At the end of studies, plants used were harvested and sent for analysis. Maximum uptake rate (Vmax) and Cd apoplastic influx of Massai grass exposed to highest Cd concentration was highest when the plants were supplied with highest S concentration. The root development of Massai grass was strongly inhibited when plants were exposed to 0.5 mmol L-1 Cd, but proper (1.9 mmol L-1) S supply allowed highest Cd uptake, while excessive S supply (3.7 mmol L-1) decreased iron plaques formation in the roots of plants. Lysine, cysteine, ornithine, arginine, tryptophan and histidine were accumulated in more than one tissue in plants exposed to Cd, as well as galactinol. Glutathione (GSH), phytochelatins (PCs) and their homologues were strongly induced by Cd, whereas plants supplied with 1.9 and/or 3.7 mmol L-1 S showed the highest concentrations of these peptides. Plants supplied with highest S concentration showed lowest lipid peroxidation and highest photosynthetic rate, which evidences that antioxidant system of these plants was more efficient in mitigating the damages caused by Cd. In view of these results, it is clear that Massai grass properly supplied with S shows greatest Cd tolerance, as well as phytoextraction potential / A concentração de cádmio (Cd) no ambiente aumentou em décadas recentes, o que representa sério problema sócio-ambiental, visto que o Cd é tóxico para a maioria dos seres vivos. Por isso, é importante reduzir a concentração desse metal em ambientes contaminados e o uso de plantas adequadamente supridas com enxofre (S) pode contribuir para isso (fitoextração), uma vez que o S é componente de metabólitos envolvidos no combate ao estresse causado pelo Cd. Assim, o nosso objetivo com esse estudo foi avaliar o efeito do S na i) cinética de absorção do Cd, no ii) desenvolvimento radicular e na absorção de nutrientes, no iii) perfil metabólico e síntese de compostos tiol, e iv) na atividade do sistema antioxidante e fotossintético do capim-massai (Panicum maximum Jacq. cv. Massai), utilizado para fitoextração de Cd. Os estudos foram conduzidos em casa de vegetação utilizando-se vasos de 0,5 e 2,0 L para a condução do estudo de cinética de absorção de Cd (tratamentos representados pelas combinações das doses de S de 0,1 e 1,9 mmol L-1 e Cd de 0,1 e 0,5 mmol L-1) e para o estudo dos mecanismos de detoxificação de Cd (tratamentos representados pelas combinações das doses de S de 0,1; 1,9 e 3,7 mmol L-1 e Cd de 0,0; 0,1 e 0,5 mmol L-1), respectivamente. Os vasos foram distribuídos em blocos ao acaso, com quatro repetições. As plantas utilizadas no estudo de cinética foram expostas aos tratamentos durante 14 dias após as mesmas terem permanecido em soluções contendo apenas S durante 42 dias, enquanto as plantas utilizadas no estudo de detoxificação de Cd foram expostas aos tratamentos pelo período de 9 dias após terem crescido em soluções contendo apenas S por 44 dias. Ao final dos estudos, as plantas utilizadas foram colhidas e encaminhadas para análises. A velocidade máxima de absorção (Vmax) e o influxo apoplástico de Cd do capim-massai exposto à maior dose de Cd foram maiores quando as plantas foram supridas com a maior dose de S. O desenvolvimento radicular do capim-massai foi fortemente inibido quando as plantas foram expostas à dose de Cd de 0,5 mmol L-1, mas o adequado (1,9 mmol L-1) suprimento de S permitiu maior absorção de Cd, enquanto o suprimento excessivo (3,7 mmol L-1) de S diminuiu a formação de placas de ferro nas raízes das plantas. A lisina, cisteína, ornitina, arginina, triptofano e histidina foram acumulados em mais de um tecido nas plantas expostas ao Cd, assim como o galactinol. A glutationa (GSH), as fitoquelatinas (PCs) e seus homólogos foram fortemente induzidos pelo Cd, sendo que as plantas supridas com as doses de S de 1,9 e/ou 3,7 mmol L-1 apresentaram as maiores concentrações desses peptídeos. As plantas supridas com as maiores doses de S apresentaram menor peroxidação lipídica e maior taxa fotossintética, o que demonstra que o sistema antioxidante dessas plantas foi mais eficiente na atenuação dos danos causados pelo Cd. Diante desses resultados, fica claro que o capim-massai suprido adequadamente com S apresenta maior tolerância ao Cd, assim como maior potencial de fitoextração