TEOR DE UREÍDOS, TIPO DE NÓDULO E ATIVIDADE
IDA NITROGENASE DE LEGUMINQSAS FORRAGEIRAS,
FLORESTAIS E DE GRÃO 1
SILVIA REGINA GOl2 e MARIA CRISTINA PRATA NEVES3
RESUMO - Foi feito um levantamento entre leguminosas forrageiras, florestais e de grão, onde foi analisado o conteúdo de ureídos, tipo de nódulos e atividade da nitrogenase. Foram estudadas 36 es-pécies de leguminosas representando sete tribos da subfamília Fapiiionoideae e duas tribos da subfamí-lia Mimosoideae e Caesalpinoideae. Foram encontrados ureídos em quase todas as espécies estudadas, mas muitas espécies possuíam concentração de urefdos muito baixa. Foram encontradas altas concen-trações de ureídos em nódulos, raízes e caule de espécies pertencentes à tribo Phaseoleae subfamília
Papiliono!deae. Essas plantas são encontradas em regiões tropicais, possuem nódulos do tipo
determi-nado e provavelmente desenvolveram uma forma de transporte de nitrogénio adaptada a ambientes quentes. As concentrações elevadas de urefdos nessas plantas foram relacionadas com alta atividade da nitrogenase nos nódulos, o que reflete a origem dos ureídos a partir da fixação de nitrogênio. Termos para indexação: Papiionoideae, Mimosoideae, Caesalpinoideae, fixação de nitrogénio, tipo de nódulo, ureído.
UREIDE CONTENT, NODULE TYPE AND NITROGENASE ACTIVITY OF GRAIN, FORAGE ANO FOREST TREE LEGUME SPECIES
ABSTRACT - Grain, forage and tree legumes were surveyed for ureide content, type of nodules and nitrogenase ectivity. Thirty-six legume species were studied representíng seven tribes of the subfamily
PapÜ/onoideae and two tribes of the subfamjly Mimosoideae and Caesalpinoideae. Ureides were found in almost ali the plant species studied but for niany species in very 10w concentrations. High ureide content was found in nodules, root and stem ef legume species belonging to tribe Phaseo/us, subfa-mily Papi/ionoideae. Those piants are cornmon in tropical regions, have determinant type of nodules and probably evolved towards a form of transport of nitrogen adapted to warm environments. The high ureide contents of these plante were related to high nitrogenasa activities of nodules and reflected the origin of ureides from biological nitrogen fixation.
index terrns:Papi/Fonoideae, Mimosoideae, Caesa/pinoldeae, nitrogen fixation, nodule type, ureide
INTRODUÇÃO
A forma sob a qual o nitrogênio fixado biologi-camente é transportado do nódulo e fica disponí-vel para a parte aérea das leguminosas varia consi-deraveimente entre as diferentes espécies. Amino-ácidos, amidas e ureídos (alantoína e alantoato) têm sido indicados como os principais compostos
Aceito pua publicação em 8 de setembro de 1981. Contribuição do Programa Fixação Biológica de Ni-trogênio, convênio EMBRAPA/SNLCS - CNPq e da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Apre-sentado na X Reunión Latinoamericana deRhizobium, Maracay, Venezuela, 15 a 19 de setembro de 1980. Biol., bolsista da CAPES, Dept? de Ciências Ambien-tais, Instituto de Florestas da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, CEP 23460 - Seropédica, RI.
3 Biol., Ph.D., bolsista do CNPq, Dept?de Solos,
Institu-to de Agronomia da UFRRJ, CEP 23460- Seropédica, RJ.
nitrogenados presentes no exsudato do xilema (Bollard 1959, Mothes 1961, Pate 1962, Reinbothe & Mothes 1962, Pate 1962, 1971).
Para algumas leguminosas como Glycine max e Vigna unguiculata, os urefdos representam cerca de 60-80% do nitrogénio transportado por plantas noduladas (Tajima & Yamamoto 1975, Matsumoto et ai. 1977, l-lerridge et ai. 1978, Minchin et ai. 1980), enquanto outras, como Lupinus, transpor-tam principalmente asparagina (Pate 1962, Pate & Herridge 1978).
A vantagem da utilização de ureídos no trans-porte do nitrogênio fixado está não apenas na eco-nomia considerável em termos de carbono (relação C:N - 1 nos ureídos), mas também no menor gasto de ATP na síntese de urefdos, 1-4 ATP (Minchin et ai. 1981), em comparação com os cinco e sete ATP gastos na produção de giutamato e asparagi-na, respectivamente.
Têm sido feitas tentativas de correlacionar pa- Pesq. agropec. bras., Brasilia, 17(1):43-50,jan. 1982.
44
S.R.GOl e M.C.P. NEVES rãmetros tais como produtos transiocados no xile-ma, tipo de nódulo e a origem evolucionária das tribos (Sprent 1980).
Estudos sobre nodulação e fixação de nitrogê-nio em leguminosas produtoras de grãos, forragei- ras (Lopes etal. 1976, Franco eta1. 1973, Nutman 1971, Vincent 1974) e florestais (Norris 1969, AMen & AlIen 1961, Corby 1971) de um modo ge- ral não citam as formas em que o nitrogénio Lixado é transportado e distribuído na planta, e apenas algumas espécies como Glycine max, Vigna ungui- culata, Lupinus albus, Pisutn sativum, P. arvense,
Vicia faba e Phaseolus vulgaris já foram examina- das a este respeito (Sprent 1980).
Este trabalho examina a ocorrência de ureídos, os tipos de nódulos e a capacidade de fixação de nitrogênio em 36 espéies pertencentes à subfamí- lia Papilionoideae (sete tribos), subfamília Mimo- soideae (duas tribos) e subfamília Caesalpinoideae.
MATERIAL E MÉTODOS
Para o levantamento, algumas espécies foram examina-das no seu hábitat natural, enquanto outras (oram cresci-das em casa de vegetação, em potes de plástico contendo uma mistura de areia, e vermiculita como substrato. Estas espécies (oram inoculadas com estirpes específicas de Rhizobium (Tabela 1). As plantas examinadas no campo foram coletadas sempre no mesmo horário, em mais de um local, com objetivo de se eliminarem interferéncias, respectivamente, de variações diurnas, tipo de solo, ou população nativa de Rhizobium, nos resultados finais.
A atividade da nitrogenase (ai determinada pelo mé-todo de redução do acetileno. Coletaram-se as raízes, que foram colocadas em (rascos de 300 ml, fechados her-meticamente com tampa de "suba-seal", e dos quais, 13% v/v do ar foi substituido por acetileno (C 2 11 2 ). Os frascos foram incubados por um período de uma hora, na mesma temperatura a que as plantas estavam sujeitas. Após a incubação, amostras de 0,5 ml (oram tiradas e analisadas por cromatografla de gás para determinação do etileno (C 2 H4 ), formado da redução do acetileno pela nitrogenase (Dart etal. 1972).
Em algumas plantas (oram feitas análises de ureídos nos nódulos, raízes e caule (secção de 3 cm, acima dos cotilédones), enquanto que para outras, apenas o caule foi utilizado, o que permitia análise do teor de ureídos e da atividade da nitrogenase na mesma planta. Além disso, o teor de ureído do caule reflete o teor de ureído trans1ortado na seiva, já que experimentas anteriores (Goi ) confirmaram a existência de correlações estreitas
Goi, dados não publicados.
entre a concentração de ureídos no caule e na seiva, tan-to para soja como para feijão.
Para análise de concentração de ureídos nas plantas, o material (oi coletado e mantido a 0°C até o momento da análise. Porções do material vegetal (oram pesadas, tri-turadas com NaOH 0,02 N de modo a dar diluição ade-quada, centrifugadas, e o sobrenadante foi utilizado para determinação colorimétrica de ureídos (Young & Conwy 1942).
Os nódulos foram classificados de acordo com o seu tipo morfológico e comparados, quando possível, com os descritos por Corby (1971) ePate (1978).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Foi recentemente proposto que o transporte de ureídos por leguminosas está relacionado com o tipo de nódulo e a origem geográfica das espé-cies. A baixa solubilidade dos ureidos implica a necessidade do transporte de um volume gran-de gran-de água, 2,6 vezes mais água que a necessária para transportar quantidades equivalentes de ni-trogênio na forma de asparagina (Sprent 1980).
O sistema vascular dos nódulos determinados, que é um sistema fechado, difere dos nódulos inde-terminados. Experimentos com água radiativa têm mostrado um fluxo facilitado de água, das raízes para os nódulos determinados, o mesmo não acon-tecendo com nódulos indeterminados, pois a água, para passar de um feixe para o outro, encontra a resistência oferecida pelo meristema, uma vez que os feixes condutores formam um sistema aberto neste tipo de nódulo (Sprent 1972).
Além disso, baixas temperaturas (15-20°C) di-minuem a solubilidade da alantoína e do alantoa-to, dificultando seu transporte para a parte aérea. O transporte de nitrogênio via ureídos não seria, portanto, conveniente, nem para plantas de nó-dulos indeterminados, nem para plantas de clima temperado. Deste modo, a produção, transporte e metabolismo de ureídos seriam aspectos fisio-lógicos característicos que se desenvolveram entre plantas originadas em regiões tropicais/subtropicais (Sprent 1980).
De fato, as espécies que apresentaram maior teor de ureídos (Tabela 1) estão enquadradas na subfamília Papilionoideae, tribo Phaseoleae, que teve origem nos trópicos (Polhill 5 ). Dentro desta
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tituem exceções dentro da tribo Phaseoleae, pelo
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menos entre as espécies investigadas até o mo-
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Das plantas examinadas, as que possuíam nó-
dulos indeterminados apresentaram teores baixos
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de ure(dos nos nódulos, raízes e caules e é prová-
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vel que transportem o nitrog&nio fixado via aspa-
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transportar na primavera para as partes da planta
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em brotamento, conseguindo, com isso, a translo-
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cação de um máximo de nitrogênio para a produ-
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ção de folhas, com o uso de um mínimo de carbo-
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no, que nesta fase estaria bastante escasso (Mothes
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1961). A estocagem de ureídos em épocas nas
quais as temperaturas fossem baixas e a água dispo-
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nível no solo fosse pequena seria uma opção pa
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as leguminosas biaituais e perenes, como, por
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exemplo,
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no caule tiveram também uma atividade da nitro-
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genase considerável (Fig. 1). Entretanto, algumas
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espécies, como
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FIG. 1. Relaçio entre os teores de ureido no caule e as atividades da nitrogenase de leguminosas for-rageiras, florestais e de grk;e 'nódulos determinados; o nódulos Indeterminados; os núme-ros se referem às espécies listadas na Tabela 1.
TEOR DE UREÏIDOS, TIPO DE NÓDULO E ATIVIDADE 49
do tipo determinado e de serem plantas comuns de regiões tropicais, o que indica a utilização de outras formas de compostos nitrogènados no trans-porte do nitrog€nio fixado por estas plantas.
Nas tribos
Indigofera, Desmodieàe, Vlcieae, Genisteae, . Mimoseae eIngae
e na subfam (liaCaesalpinoideae,
100% dos espécimes estudados apresentaram valores de concentração de ureído abaixo de 0,5 mmole x (g peso fresco de caule)'. Teores médios de urefdos (0,5 - 1,0 mmole (g peso fresco de caule» foram encontrados em 17% dos espécimes examinados da tribo Aeschynome-ricas, 14% da tribo Phaseoleae e 33% - da tribo Crotalarieae, sendo que concentrações acima de 1,0 mmole (g peso fresco de caule)' só foram encontradas na tribo Phaseoleae (29% dos espé-cimes estudados). A concentração de ure(do no cade de soja foi surpreendentemente alta, chegan-do a ser pelo menos 5 vezes maior que os maiores valores encontrados neste trabalho,e deve contribuir consideravelmente na economia dos nódulos em ternos de consumo de carbono, como já foi rela-tado para caupi (Herridge & Pate 1977, Neves et ai. 1981, Minchin et al. 1980). Porém, apesar de a soja ser a leguminosa mais intensivamente inves-tigada, nenhum estudo foi feito até o momento, sobre a economia funcional das raízes noduladas e/ou nódulos de soja em termos de consumo de carbono, -AGRADECIMENTOS
Agradecemos à Dra. Janet Sprent (Universidade de Dundee, Escócia) e Dra. Johanna Dobereiner (EMBRAPA/SNLCS), pelas sugestões recebidas; aos Drs. Hélio Ribeiro e Sebastião M. Souto (PESAGRO-RIO) e Ariana L. Peixoto (UFRRJ), pela classificação dos espécimes, e aos alunos do Curso de Agronomia, Srs. José Augusto A. de Lima e Erani M. -Bastos, pela colaboração nas coletas.
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