Peróxido de hidrogênio na redução da sensibilidade ao alumínio em sementes de Crotalaria ochroleuca / Hydrogen peroxide in reducing sensitivity to aluminum in Crotalaria ochroleuca seeds

(1)

Peróxido de hidrogênio na redução da sensibilidade ao alumínio

em sementes de Crotalaria ochroleuca

Hydrogen peroxide in reducing sensitivity to aluminum

in Crotalaria ochroleuca seeds

DOI:10.34117/bjdv6n3-461

Recebimento dos originais: 10/02/2020 Aceitação para publicação: 30/03/2020

Bruna Neves Pereira da Silva

Engenheira Agronôma, Mestranda em Agronomia – Produção Vegetal Instituição: Universidade Federal da Grande Dourados

Endereço: Rodovia Dourados/Itaim, km 12 – Unidade II, cep 79804-970 Dourados-MS

bruu_neves@hotmail.com Helaine Claire Ferreira de Almeida Doutoranda em Agronomia – Produção Vegetal Instituição: Universidade Federal da Grande Dourados

helaineclaire.hca@gmail.com Leandro Escobar Dalarosa

Engenheiro Agronômo, Mestrando em Agronomia – Produção Vegetal Instituição: Universidade Federal da Grande Dourados

leandrodalarosa25@gmail.com Patricia dos Santos Zomerfeld

Engenheira Agronôma, Mestranda em Agronomia – Produção Vegetal Instituição: Universidade Federal da Grande Dourados

patricia.zomerfeld@gmail.com Tathiana Elisa Masetto

Doutora em Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Lavras Instituição: Universidade Federal da Grande Dourados

Endereço: Rodovia Dourados/Itaim, km 12 – Unidade II, caixa postal: 364 Dourados-MS

(2)

Silvana de Paula Quintão Scalon

Doutora em Ciências dos Alimentospela Universidade Federal de Lavras Instituição: Universidade Federal da Grande Dourados

silvanascalon@ufgd.edu.br Daiane Mugnol Dresch

Doutora em Agronomia pela Universidade Federal da Grande Dourados Instituição: Universidade Federal da Grande Dourados

daianemdresh@ufgd.edu.br RESUMO

O alumínio é um elemento que esta presente nos solos brasileiros principalmente no bioma Cerrado e sua presença é resposável pela formação espécies reativas ao oxigênio o que resulta em danos na membrana plasmática. O peróxido de hidrogênio tem sido estudado como indutor de aclimatação sendo possível obter uma planta com maior tolerância ao ambiente adverso. Esse trabalho teve como objetivo submeter sementes de Crotalaria ochroleuca tratadas previamente com peróxido de hidrogênio ao estresse causado por alumínio. A qualidade fisiológica das sementes foi avaliada por meio de teste de germinação e vigor determinado por primeira contagem, índice de velocidade de germinação, teste de comprimento de parte aérea e raiz, e massa seca de parte aérea e raiz. As sementes de Crotalária ochroleuca são sensíveis ao alumínio e altas concentrações de peróxido de hidrogênio prejudicou o desenvolvimento das plântulas.

Palavras-chave: fisiologia de sementes, indução de resistência, toxidez ABSTRACT

Aluminum is an element present in Brazilian soils, mainly in the Cerrado biome and its presence is responsible for the formation of reactive oxygen species, which results in damage to the plasma membrane. Hydrogen peroxide has been studied as an acclimatization inducer and it is possible to obtain a plant with greater tolerance to the adverse environment. This work aimed to subject Crotalaria ochroleuca seeds previously treated with hydrogen peroxide to the stress caused by aluminum. The physiological quality of the seeds was evaluated by means of germination and vigor test determined by first count, germination speed index, shoot and root length test, and shoot and root dry mass. Crotalaria ochroleuca seeds are sensitive to aluminum and high concentrations of hydrogen peroxide impaired seedling development.

Keywords: seed physiology, resistance induction, toxicity 1 INTRODUÇÃO

A Crotalária ochroleuca é uma leguminosa pertencente à família Fabacea, seu ciclo vegetativo apresenta diversas características quanto à produção de massa seca, porte de planta e principalmente a variada diversidade em relação a exigências de clima e solo (GALDINO et al., 2019). O uso da crotálaria é designado para sistemas de rotação de cultura na forma de adubação verde, que traz como vantagem a fixação de nitrogênio atmosférico e controle de nematóides, além de contribuír significativamente na redução do número da população de plantas daninhas (INOUE et al., 2012).

(3)

O alumínio é um elemento abundante nos solos, a sua forma disponível (Al+3) na solução é dependente do pH, em solos com pH entorno de 5,5 sua concentração é baixa, se elevando em condições de pH de caráter ácido (STEFANELLO e GOERGEN, 2019). A toxidez por alumínio é um fator limitante na produção de diversas culturas e também sob a germinação de sementes, o interesse em relação a este elemento está na capacidade das plantas em tolerar quantidades elevadas de Al o que varia de acordo com as espécies de plantas.

O primeiro sinal de toxidez de Al é a inibição da elongação da raiz, nos tecidos radiculares, o íon metálico se une ao fosfato na molécula de DNA, o qual acarreta redução da atividade de replicação e transcrição, impedindo que haja divisão celular nas raízes. Este elemento também tem a capacidade de se ligar a membrana plasmática modificando a absorção de água e macronutrientes disponíveis (ALVES et al., 2004; PEREIRA, 2008).

O efeito do Al induz a formação de espécies reativas de oxigênio (EROs), como o superóxido (O2-), hidroxilas (OH)e o peróxido de hidrogênio (H2O2). Estes radicais estão associados a danos ocasionados em lipídeos da membrana plasmática. A produção de EROs provoca distúrbios mitocondriais e inibe o crescimento radicular (CAKMAK e HORST, 1991).

O peróxido de hidrogênio é a mais estável EROs, apresenta longa vida quando comparado com outras espécies, e, dependendo das concentrações empregadas, é responsável por regular e induzir processos de aclimatação, defesa, desenvolvimento minimizando a sensibilidade das plantas servindo como sinalizador aos fatores bióticos e abióticos aos quais são expostas (NEILL et al., 2002; ŚLESAK et al., 2007).Castilhos, 2010 em trabalho realizado sobre estresse oxidativo em resposta ao Al na cultura da aveia, afirma a relação entre toxidez por Al e a formação de EROs.

Há poucos relatos do efeito de alumínio sobre sementes de Crotalária ochroleuca, sendo assim torna-se de grande importância o estudo associado aos fatores fisiológicos ocasionados por este elemento, desde a germinação até fases inicial de desenvolvimento. O objetivo deste trabalho foi avaliar a germinação de sementes de crotalária embebidas em solução de peróxido de hidrogênio semeadas em substrato a base de alumínio.

2 MATERIAL E MÉTODOS

As sementes utilizadas são provenientes do campo de produção da Embrapa Agropecuária Oeste, em Dourados-MS, da safra 2018. Após a colheita, as sementes foram e enviadas ao Laboratório de Tecnologia de Sementes da Faculdade de Ciências Agrárias, na Universidade Federal da Grande Dourados (FCA/UFGD onde foram armazenadas em câmara climatizada (16°C/55% UR).

(4)

O teor de água das sementes foi determinado com duas amostras; as sementes foram pesadas e posteriormente colocadas em estufa a 105ºC ± 3 durante 24 horas (BRASIL, 2009). Os resultados foram expressos em base úmida (%).

As sementes foram previamente embebidas em solução de peróxido de hidrogênio (H2O2) nas concentrações de 0,0; 0,2; 0,4 e 0,6 M durante 12 horas de acordo com o pré-teste de curva de absorção de água (Figura 1). Posteriormente, realizou-se teste germinação (GER), primeira contagem (PC), índice de velocidade de germinação (IVG) e teste de comprimento de plântulas (CP), onde as sementes foram submetidas a quatro concentrações (0,0; 8,0; 16,0 e 24,0 mmolc dm-3) de solução de alumínio (AlCl3.6H2O).

FIGURA 1. Curva de absorção de água em Crotalaria ochroleuca

Para execução do teste de germinação foram utilizadas quatro repetições de 50 sementes para cada solução de alumínio, as quais foram posicionadas em rolos de papel germitest, umedecido com 2,5 vezes o seu peso com as soluções de alumínio. Os rolos foram mantidos em câmara B.O.D. regulada a 20ºC, na ausência de luz durante oito horas, e 30ºC na presença de luz branca durante 16 horas, em um período de dez dias. Os resultados foram expressos em porcentagem de plântulas normais (BRASIL, 2009).

O teste de comprimento de plântulas consistiu em quatro repetições com 20 sementes para cada solução de alumínio. Os papéis de germinação foram umedecidos previamente com as soluções

(5)

de alumínio equivalente a 2,5 vezes a massa seca do papel, uma linha foi traçada no terço superior do papel germitest no sentido longitudinal no qual as sementes foram depositadas. Os rolos foram armazenados câmara B.O.D. regulada a 20 – 30ºC com períodos alternados de luz, durante quatro dias. Ao final deste período, foi determinada a medida das partes das plântulas normais (raiz primária e parte aérea), utilizando-se régua milimetrada com os resultados expressos em centímetros.

Após serem avaliadas as dimensões de parte aérea e raiz das plântulas normais obtidas nas avaliações do teste de comprimento de plântulas, estas foram seccionadas com auxílio de lâminas e colocadas separadamente em sacos de papel, onde foram mantidas por 48 horas em estufa com circulação forçada de ar regulada a 41ºC, até obter peso constante. Então, realizou-se a determinação da massa seca de parte aérea e massa seca de raiz em balança de precisão. O resultado foi expresso em gramas.

O delineamento experimental foi inteiramente casualizado em esquema fatorial 4 x 4 (doses de peroxido de hidrogênio e doses de alumínio). As sementes que não foram submetidas aos tratamentos constituíram a testemunha.

Os dados foram submetidos à análise de variância e, quando significativas, as médias foram

submetidas à análise de regressão ao nível de 5% de probabilidade, utilizando o programa estatístico SISVAR (FERREIRA, 2011).

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

O resumo das análises de variâncias e as médias gerais das variáveis, assim como a significância dos fatores estudados estão contidos na Tabela 1. As análises de variância verificaram existência de interação significativa a (p ≤ 0,05) de probabilidade na interação entre doses de alumínio e peróxido de hidrogênio, para os caracteres: primeira contagem (PC), porcentagem de germinação (GER), comprimento de raiz (CR) e massa seca de raiz (MSR). O que indica um comportamento diferencial desses parâmetros quando submetidos a doses de alumínio e peróxido de hidrogênio. Foi observado um efeito isolado para peróxido de alumínio no comprimento de parte aérea (CPA). Na massa seca de parte aérea (MSPA) e no comprimento de raiz (CR), os efeitos isolados se apresentaram para as doses de alumínio e de peróxido de hidrogênio.

(6)

Tabela 1. Resumo da análise de variância para a primeira contagem (PC), germinação (GER), comprimento

de parte aérea (PA), comprimento de raiz (RZ), massa seca de parte aérea (MSPA) e massa seca de raiz (MSR) de plântulas submetidas a cinco doses de peróxido de hidrogênio (H202) e alumínio (Al) em

Crotalária ochroleuca em Dourados-MS.

Fonte de variação

Quadrados médios

GL PC GER CPA CRZ MSPA MSR

Al 3 33,8958ns _52,729167ns _83,9197ns 16,6072* 0,0011* 0,0007ns H202 3 1481,5625* 1418,0625* 151,9389* 95,1439* 0,0014* 0,0002ns Al x H2O2 9 177,2847* 173,9513* 46,0551ns 7,2408* 0,0003ns 0,001* Resíduo 48 29,3541 48,6458 52,2019 1,0646 0,0003 0,0002 CV% 6,75 8,77 112,94 19,18 57,8 63,29

*,ns; significativo e não significativo, respectivamente, pelo teste F a 5% de probabilidade.

O valor máximo da porcentagem de germinação apresentado foi de 91,5% no tratamento controle, na ausência de alumínio e peróxido de hidrogênio (Figura 2). Nas doses 8,0 e 16,0 mmolc dm-3 sob concentração de peróxido de hidrogênio a 0,2M e 0,4M a porcentagem de germinação manteve índices de 84,62% e 85,25%, respectivamente. A porcentagem de germinação das sementes de Crotalária foi menor na presença de 24,0 mmolc dm-3 de alumínio sob concentração 0,6 de H2O2 com 65% das plântulas germinadas. Essa diminuição significativa na germinação vai de encontro com resultados obtidos por Custódio et al. (2002) trabalhando com diferentes cultivares de soja e Souza Filho & Dutra (1998) estudando o comportamento das sementes de Calopogonium

mucunoidese em solos com concentração 20 mmolc dm-3 de alumínio, onde demonstrou uma porcentagem de germinação 6% inferior ao controle, sendo esses resultados explicados pela interferência do alumínio no processo germinativo com influência direta no processo de divisão celular (YAMASHITA & GUIMARÃES, 2011) e que mesmo sob a dose 0,6M de H2O2 não foi possível reverter a ação provocada pelo estresse. Apesar dessa influência negativa, observa-se que as doses 0,2M e 0,4M de peróxido de hidrogênio contribuíram para estabilidade dos índices de germinação, o que sugere que a Crotalaria ochoroleuca tolerou a presença de alumínio até a dose testada, consolidando os resultados encontrados em sementes tratadas com peróxido de hidrogênio sob estresse de alumínio.

(7)

FIGURA 2. Efeito conjunto das concentrações de alumínio (Al) e peróxido de hidrogênio (H202) sobre a

germinação de Crotalária ochroleuca. Dourados-MS

A primeira contagem de plântulas demonstrou interação significativa entre doses de alumínio e doses de peróxido de hidrogênio (Figura 3). Apesar do baixo ajuste ao modelo de regressão (R²<40%) para dose controle e dose de 0,6M de H2O2, os resultados seguem em conformação com os encontrados na germinação. Apresentando o tratamento controle o maior valor para o caractere, atingindo pontos de máxima de 90,5.

Sendo, as concentrações de peróxido de hidrogênio a 0,2M e 0,4M sob diferentes doses de alumínio, com médias iguais a 84,25 e 85,62 respectivamente. Já na dose 0,6 M de H2O2 sob de 16,0 mmolc dm-3 de Al a PC apresentou menor valor. De forma adicional aos dados de geminação, esses resultados permitem inferir sobre o vigor das plântulas na ausência de alumínio e peróxido de hidrogênio e sua influência negativa quando expostas a doses de Al superiores a 16,0 mmolc dm-3 .

(8)

FIGURA 3. Efeito conjunto das concentrações de alumínio (Al) e peróxido de hidrogênio (H202) sobre a

primeira contagem (PC) de Crotalária ochroleuca

Dourados-MS.

O efeito isolado de comprimento de parte aérea (Figura 4) foi significativo para o tratamento com peróxido de hidrogênio, apresentando uma limitação linear com o aumento de concentração de H202. Esse resultado reforça o efeito negativo das plântulas de Crotalária ao excesso de peróxido nos seus tecidos, desencadeando a produção de algumas espécies reativas de oxigênio, podendo causar alterações no sistema celular, danos a estrutura de proteínas, carboidratos ácidos nucléicos e a deteriorização da membrana lipídica resultando em folhas com menor comprimento conforme relatado por NOCTOR & FOYER, 1998 e GUPTA et al., 2013.

(9)

FIGURA 4. Efeito isolado da concentração de alumínio (Al) e peróxido de hidrogênio (H202) sobre o

comprimento da parte aérea (CPA) de Crotalária ochroleuca. Dourados- MS

FIGURA 5. Efeito conjunto da concentração de alumino (Al) e peróxido de hidrogênio (H202) sobre o

(10)

O caractere comprimento de raiz (CR), na concentração de 24 mmolc dm-3 de alumínio sob dose 0,6M de peróxido de hidrogênio não apresentou desenvolvimento radicular (Figura 5). As plântulas expostas as mesmas concentrações de alumínio 24 mmolc dm-3 sob doses de 0,4M de H2O2 apresentaram o menor comprimento, 2,75cm. O tratamento controle e a dose 0,2M de H2O2 apresentaram as maiores médias para comprimento de raiz. Essa diferença no desenvolvimento radicular evidencia o feito tóxico do alumínio, que pode ter desencadeando um aumento expressivo na massa molecular da hemicelose da parede celular, deixando-a rígida e como conseqüência causando a inibição o alongamento radicular mesmo sob altas concentrações de peróxido de hidrogênio. Este não conseguiu abrandar o estresse causado pelo alumínio, que pode ter originado uma reação conjunta na produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), alterando o metabolismo celular.

FIGURA 6. Efeito isolado da concentração do peróxido de hidrogênio (H202) sobre massa seca de parte

aérea (MSPA) de Crotalária ochroleuca. Dourados-MS

Para o caractere massa seca de parte aérea (MSPA), observa-se um efeito isolado do peróxido de hidrogênio (Figura 6) e das diferentes concentrações de alumínio (Figura 7). As sementes de Crotalária expostas à concentração 0,2M e 0,4M de H202 apresentaram os maiores valores para esse caractere, já a dose 0,6M apresentou menor valor. O que ajuda a inferir sobre a ação do peróxido de

(11)

hidrogênio, que dependendo da concentração responde ao estresse causado pelo alumínio regulando o sistema de sinalização e reação da planta (BOWER e FLUHR, 2000) através do fenômeno de tolerância cruzada (GECHEV et al., 2005). Tolerância cruzada pode ser entendida como o uso de rotas e componentes comuns para responder ao estresse (CUSTÓDIO et al., 2009).

FIGURA 7. Efeito isolado da concentração do alumínio (Al) sobre massa seca de parte aérea (MSPA) de

Crotalária ochroleuca. Dourados-MS

O maior valor de MSPA (Figura 7) é observado no tratamento controle, na ausência de alumínio, com 0,04g. O efeito isolado do alumínio apresentou um decréscimo na massa seca de raiz com o progressivo aumento da concentração, sendo 0,021g o menor valor para esta variável na dose 24mmolc dm-3_{. O que caracteriza a influência negativa do alumínio na parte aérea, que pode ser}

entendida quando se analisa o bloqueio dos plasmodesmos, que impedem o transporte de solutos e água via simplasto (KOCHIAN et al., 2005). Esse resultado complementa os verificados no presente trabalho, quando analisado a influência do alumínio no caractere massa seca de raiz, uma vez inibido o desenvolvimento radicular, seus efeitos se refletem no desenvolvimento da parte aérea.

Massa seca de raiz (MSR) apresentou interação significativa, sob concentração 0,6M de peróxido de hidrogênio (Figura 8). Observou-se uma diminuição na massa seca de raiz com aumento

(12)

das doses alumínio, apresentando valores nulos para as doses 16 e 24 mmolc dm-3. Esse resultado é justificado pela toxicidade de alumínio, que reduz drasticamente o desenvolvimento radicular, como demonstrado em vários estudos envolvendo esse agente abiótico (SILVA et al.,2005; KOPITTKE et al., 2015; LAN et al., 2016). Esse resultado pode ser elucidado pela reação do Al com as cadeias de ácido poligalacturônico das paredes das células jovens, que como resposta age deslocando ou substituindo cálcio. Provocando perda da elasticidade celular e um menor alongamento das raízes, em conseqüência um baixo acúmulo de massa seca (SZYMANSKA & MOLAS, 1996) o que explica os valores nulos para altas concentrações de Al.

FIGURA 8. Efeito conjunto das concentrações de alumínio (Al) e peróxido de hidrogênio (H2O2) sobre

massa seca de raiz (MSR) de Crotalária ochroleuca. Dourados- MS

4 CONCLUSÃO

As sementes de Crotalária ochroleuca são sensíveis ao alumínio. Sob concentrações próximas a 0,2 M e 0,4 M de peróxido de hidrogênio, nota-se seu efeito atenuante sob o alumínio, auxiliando no processo germinativo. Porém, o excesso de peróxido de hidrogênio provocou efeito negativo no desenvolvimento das plântulas de Crotalária e sob dose 0,6 M apresentou menor valor para crescimento de parte aérea.

(13)

O desenvolvimento radicular foi o mais prejudicado pela ação das diferentes concentrações de alumínio, sendo as doses 16 e 24 mmolc dm-3 consideradas letais para sua formação, provocando inibição total do sistema radicular, independente das doses de peróxido de hidrogênio.

REFERÊNCIAS

ALVES, V. M.; PITTA, G. V. E.; PARENTONI, S. N.; SCAHFFERT, R. E.;

COELHO, A. M.; MAGALHÃES, J. V. Toxidez por alumínio e hidrogênio no crescimento de raízes de milho. Revista Brasileira de Milho e Sorgo, v. 3, p. 311-318, 2004.

BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Regras para análise de sementes. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Secretaria de Defesa Agropecuária. Brasília, DF: MAPA/ACS, 2009. 164p.

BOWER, C.; FLUHR, R. The role of calcium and activted oxygens as signals for crotrolling cross-tolerance. Trends Plant Sciencen, v.5, p. 241-246, 2000.

CAKMAK, L.; HORST, W. J. Effectofa luminium on lipid peroxidation, superoxide dismutase, catalase, and peroxidase activities in root tips of soybean (Glicinemax). Physiologia Plantarum, Copenhagem, v.83, p.463-468, 1991.

CUSTÓDIO, C. C.; BONFIM, D. C.; SATURNINO, S. M.; MACHATO NETO, N. B.

Estresse por alumínio e por acidez em cultivares de soja. Scientia Agricola, v.59, p.145-153, 2002. CUSTÓDIO, C. C.; VIVAN, M. R.; NUNES, R. A.; AGOSTINI, E. T. Tolerância

cruzada induzida por choque térmico na germinação de semente de feijão. Revista Brasileira de Sementes, v.31, n.1, p.131-143, 2009.

FERREIRA, D. F. Sisvar: um sistema computacional de análise estatística. Ciência e Agrotecnologia, v.35, n.6, p.1039-1042, 2011.

GALDINO, A. G.; CAMARA, F. T; SANTANA, L. D.; PINTO, A. A.; SILVA, J. M.

Potencial de emergência das espécies de Crotalária juncea e Crotalaria ochroleuca em função da profundidade de semeadura. Nucleus, Ituverava, v. 16, n. 1, p. 15-20, 2019.

GECHEV, T. S., GADJEV, I., DUKIENDJIEV, S., MINKOV, I. Reactive oxygen

species as signaling molecules controlling stress adaptation in plants. CRC Press, Flórida, ed.2, 209– 218, 2005.

INOUE, M. H.; DUARTE, J. C. B.; MENDES K. F.; SZTOLTZ, J.; BEM R., PEREIRA, R. L. Eficácia de herbicidas aplicados em plantas adultas de Crotalaria

spctabilis e Crotalaria ochroleuca. Revista Brasielira de Herbicidas, Londrina, v.11, n. 2, p.

(14)

KOCHIAN, L.V.; PINEROS, M. A.; HOEKENGA, O. A. The physiology, genetics and molecular biology of plant aluminum resistance and toxicity. Plant and Soil , v. 274, p.175-195, 2005.

NEILL, S.; DESIKAN, R.; HANCOCK, J. Hydrogen peroxide signaling. Plant Biology, v.5, p. 388-395. 2002.

NOCTOR, G.; FOYER, C. H .Ascorbate and glutathione: keeping active oxygen under control. Annual review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, v.49, p. 249–279, 1998.

PEREIRA, J. M.; CAMBRAIA, J.; FONSECA JUNIOR, E. M.; RIBEIRO, C. Efeito do alumínio sobre a absorção, o acúmulo e o fracionamento do fósforo em sorgo. Bragantia, v. 67, p. 961-967, 2008.

ŚLESAK, I.; LIBIK, M.; KARPINSKA, B.; KARPINSKI, S.; MISZALSKI, Z. The

role of hydrogen peroxide in regulation of plant metabolism and cellular signalling in response to environmental stresses. Acta Biochemistry, v.54, p.39-50, 2007.

SOUZA FILHO, A. da S.; DUTRA, S. Germination of seeds of Calopogonium mucunoides. Pasturas Tropicales, v.20, p.26-30, 1998.

STEFANELLO, R.; GOERGEN, P. C. H. Toxicidade de alumínio na germinação de sementes de

Cynarascolymus L.Cultura agronômica, Ilha Solteira, v. 28, n. 1, p. 42- 49, 2019.

SZYMANSKA, M.; MOLAS, J. The effect of aluminium on early development stages of Cucumis

sativus L. Folia Horticulturae, v.8, p.73- 83, 1996.

YAMASHITA, O. M.; GUIMARÃES, S. C. Germinação de sementes de Conyza canadensis e C.