Changes in the ultrastructure of soybean cultivars in response to manganese supply in solution culture

The deleterious effects of Mn stress on many species have been studied, mainly concerning biochemical, physiological and growth parameters of plants. However, there are few studies relating the anatomical and ultrastructural changes in response to manganese (Mn) nutritional disorders, This study examined the leaf ultrastructure of Mn-inefficient (IAC-15, Santa Rosa) and Mn-efficient (IAC-Foscarin 31) soybean (Glycine max L.) genotypes in response to three rates of Mn (0.5, 2 and 200 µmol L-1) in the nutrient solution. Symptoms of Mn deficiency developed 12 days after transplanting in IAC-15 and Santa Rosa, followed by IAC-Foscarin 31 on the 15th day. Only IAC-15 and Santa Rosa leaves showed symptoms of Mn toxicity. The Mn concentration in leaves ranged from 8.6 (deficiency) to 886.3 mg kg-1 d.w. (toxicity). There were no changes either in stomata length or stomata number per unit of leaf surface. Cytoplasm disorganization was observed in IAC-15 under Mn-excess. In this case, the cytoplasm was amorphous, densely stained and extensively disorganized, with increased vacuolation. Mn effects were not found in mitochondria and nucleus in any of the genotypes tested. Under all Mn concentrations, many lipid globules were observed in the IAC15 chloroplasts. There was an increase in the number of plastids as well as in the size of starch grains within IAC-Foscarin 31 chloroplasts as Mn concentration in the nutrient solution increased. Genotypes had marked differences in the ultrastructure organization, mainly in leaf chloroplasts grown under conditions of both Mn deficiency and toxicity (the most sensitive genotype was IAC-15).

Os efeitos negativos provocados tanto pela deficiência quanto pela toxidez de manganês (Mn) no desenvolvimento das plantas têm sido avaliados, considerando-se os aspectos bioquímicos e produtivos da parte aérea, particularmente, onde os sintomas visuais são manifestados. Entretanto, há poucas informações na literatura abordando as alterações anatômicas e de ultra-estrutura, em relação ao suprimento de Mn. Os objetivos do presente estudo foram avaliar os efeitos do fornecimento de três doses de Mn (0,5; 2 e 200 µmol L-1), em solução nutritiva, nas ultra-estruturas de folhas de cultivares de soja Glycine max (L.): Santa Rosa, IAC-15 e IAC-Foscarin 31, contrastantes quanto à aquisição e ao uso do Mn. Os sintomas visuais de deficiência foram observados primeiramente em Santa Rosa e IAC-15 (ineficientes), os únicos a exibirem sintomas de toxidez. As concentrações de Mn nas folhas com sintomas variaram de 8,6 (deficiência) a 886,3 mg kg-1 (toxidez). Não houve alterações no comprimento e no número de estômatos nos limbos foliares. Em condição de toxidez, constatou-se no IAC-15, citoplasma desorganizado, vacuolado em excesso e denso evidenciando alterações nas membranas dos tilacóides. Não ocorreram alterações ultra-estruturais nas mitocôndrias e no núcleo das células dos três genótipos. Constatou-se presença de glóbulos de lipídios nos cloroplastos do cultivar IAC-15, em todas as condições de fornecimento de Mn. Houve aumento no número de plastídeos e grãos de amido, bem como no tamanho destes no IAC-Foscarin 31 com o suprimento de Mn. Os genótipos, tanto na condição de deficiência quanto de excesso, exibiram distintos graus de organização das ultraestruturas, notadamente, os cloroplastos. O IAC-15 exibiu maiores alterações das ultra-estruturas em função das desordens nutricionais em manganês.

Changes in the ultrastructure of soybean cultivars in response to manganese supply in solution culture

The deleterious effects of Mn stress on many species have been studied, mainly concerning biochemical, physiological and growth parameters of plants. However, there are few studies relating the anatomical and ultrastructural changes in response to manganese (Mn) nutritional disorders, This study examined the leaf ultrastructure of Mn-inefficient (IAC-15, Santa Rosa) and Mn-efficient (IAC-Foscarin 31) soybean (Glycine max L.) genotypes in response to three rates of Mn (0.5, 2 and 200 µmol L-1) in the nutrient solution. Symptoms of Mn deficiency developed 12 days after transplanting in IAC-15 and Santa Rosa, followed by IAC-Foscarin 31 on the 15th day. Only IAC-15 and Santa Rosa leaves showed symptoms of Mn toxicity. The Mn concentration in leaves ranged from 8.6 (deficiency) to 886.3 mg kg-1 d.w. (toxicity). There were no changes either in stomata length or stomata number per unit of leaf surface. Cytoplasm disorganization was observed in IAC-15 under Mn-excess. In this case, the cytoplasm was amorphous, densely stained and extensively disorganized, with increased vacuolation. Mn effects were not found in mitochondria and nucleus in any of the genotypes tested. Under all Mn concentrations, many lipid globules were observed in the IAC15 chloroplasts. There was an increase in the number of plastids as well as in the size of starch grains within IAC-Foscarin 31 chloroplasts as Mn concentration in the nutrient solution increased. Genotypes had marked differences in the ultrastructure organization, mainly in leaf chloroplasts grown under conditions of both Mn deficiency and toxicity (the most sensitive genotype was IAC-15).

Os efeitos negativos provocados tanto pela deficiência quanto pela toxidez de manganês (Mn) no desenvolvimento das plantas têm sido avaliados, considerando-se os aspectos bioquímicos e produtivos da parte aérea, particularmente, onde os sintomas visuais são manifestados. Entretanto, há poucas informações na literatura abordando as alterações anatômicas e de ultra-estrutura, em relação ao suprimento de Mn. Os objetivos do presente estudo foram avaliar os efeitos do fornecimento de três doses de Mn (0,5; 2 e 200 µmol L-1), em solução nutritiva, nas ultra-estruturas de folhas de cultivares de soja Glycine max (L.): Santa Rosa, IAC-15 e IAC-Foscarin 31, contrastantes quanto à aquisição e ao uso do Mn. Os sintomas visuais de deficiência foram observados primeiramente em Santa Rosa e IAC-15 (ineficientes), os únicos a exibirem sintomas de toxidez. As concentrações de Mn nas folhas com sintomas variaram de 8,6 (deficiência) a 886,3 mg kg-1 (toxidez). Não houve alterações no comprimento e no número de estômatos nos limbos foliares. Em condição de toxidez, constatou-se no IAC-15, citoplasma desorganizado, vacuolado em excesso e denso evidenciando alterações nas membranas dos tilacóides. Não ocorreram alterações ultra-estruturais nas mitocôndrias e no núcleo das células dos três genótipos. Constatou-se presença de glóbulos de lipídios nos cloroplastos do cultivar IAC-15, em todas as condições de fornecimento de Mn. Houve aumento no número de plastídeos e grãos de amido, bem como no tamanho destes no IAC-Foscarin 31 com o suprimento de Mn. Os genótipos, tanto na condição de deficiência quanto de excesso, exibiram distintos graus de organização das ultraestruturas, notadamente, os cloroplastos. O IAC-15 exibiu maiores alterações das ultra-estruturas em função das desordens nutricionais em manganês.

Nonstructural carbohydrates total nitrogen and dry matter of roots in signal grass as related to sulphur, nitrogen and lime rates / Carboidratos não-estruturais, nitrogênio total e produção de massa seca de raíz do campim-Braquiária em função de doses de enxofre, nitrogênio e calcário

Pastures degradation is one of the main hindrances of the brazilian cattle breeding, at the present time. Thus, the objective of this work was to assess the contents of nonstructural carbohydrates, total nitrogen and dry matter yield of roots of Brachiaria decumbens Stapf. growing in a soil from a degraded pasture in relation to sulphur, nitrogen and lime rates. The experiment was carried out in greenhouse during the summer. The experimental treatments steined from a 4x4x3 factorial combination of rates of lime, nitrogen and sulphur, respectively. Nitrogen rates were 0, 180, 630 and 1080 mg dm-3; lime rates were 0, 1.587,6, 3.175,2 and 4.762,8 mg dm-3, whereas sulphur rates were 0, 108 and 216 mg dm-3. The experimental design was a completely randomized design, with three replications. It was observed effect (P 0.05) for the nitrogen rates in all evaluated variables. The behavior was linear and decreasing for the nonstrucutural carbohydrates and quadratic for the total nitrogen concentration and dry matter in the roots of the grass. The sulphur influenced (P 0.05) just the nonstructural carbohydrates concentration that had decreasing linear behavior.

A degradação das pastagens constitui-se em um dos principais entraves da pecuária brasileira, na atualidade. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi determinar os teores de carboidratos não estruturais, nitrogênio total e produção de massa seca das raízes do capimbraquiária, cultivado em solo proveniente de uma pastagem degradada e submetida a doses de enxofre, nitrogênio e calcário. O experimento foi conduzido em casa-de-vegetação durante o período de verão. Empregou-se um esquema fatorial 4x4x3, perfazendo 48 combinações, as quais foram distribuídas no delineamento experimental de blocos completos ao acaso, com três repetições. Foram utilizadas quatro doses de nitrogênio (0, 180, 630 e 1.080 mg dm-3), quatro doses de calcário (0, 1.587,6, 3.175,2 e 4.762,8 mg dm-3) e três doses de enxofre (0, 108 e 216 mg dm-3). Observou-se efeito (P 0,05) para as doses de nitrogênio sobre as variáveis analisadas. O comportamento foi linear e decrescente para os carboidratos não estruturais e quadrático para a concentração de nitrogênio total e produção de massa seca de raiz. O enxofre influenciou (P 0,05) apenas os teores de carboidratos não estruturais que, teve comportamento linear e decrescente.

Nitrogen and potassium combinations for mombaça grass yield and mineral nutrition / Combinações de doses de nitrogênio e potássio para a produção do capimmombaça

An experiment was carried out in greenhouse conditions from November 2000 to February 2001 with Panicum maximum Jacq. cv. Mombaça grown in a nutrient solution with ground quartz as substrate. The experiment was set in an incomplete 52 factorial of nitrogen and potassium. Thirteen combinations between nitrogen and potassium rates (28N and 19.5K; 28N and 234K; 28N and 429K; 112N and 117K; 112N and 312K; 210N and 19.5K; 210N and 234K; 210N and 429K; 336N and 117K; 336N and 312K; 462N and 19.5K; 462N and 234K; 462N and 429K) were obtained according to design points of the modified central composite nonrotatable design that was set in a randomized complete block design, with four replications. The objectives were to evaluate the plant tops and roots dry matter yield and the mineral composition of the lamina of recently expanded leaves (RL) with respect to nitrogen, potassium, calcium, magnesium and sulphur. The results showed that the nitrogen X potassium interaction was significant (P 0.01) for plant tops and roots dry matter yield of Mombaça grass; nitrogen and sulphur concentrations in RL and calcium concentration in RL at the second harvest. Potassium and magnesium concentrations in RL were affected by potassium rates, at both harvests.

Foi realizado um experimento em casa-de-vegetação no período de novembro de 2000 a fevereiro de 2001, com Panicum maximum Jacq. cultivar Mombaça desenvolvido em solução nutritiva, e tendo sílica moída como substrato. Utilizou-se um esquema fatorial 52 incompleto, perfazendo um total de 13 combinações das doses de nitrogênio e de potássio (28N e 19,5K; 28N e 234K; 28N e 429K; 112N e 117K; 112N e 312K; 210N e 19,5K; 210N e 234K; 210N e 429K; 336N e 117K; 336N e 312K; 462N e 19,5K; 462N e 234K; 462N e 429K), as quais foram distribuídas segundo o delineamento experimental de blocos ao acaso, com quatro repetições. Objetivou-se avaliar a interação das doses de nitrogênio e de potássio na produção de massa seca da parte aérea (primeiro e segundo cortes) e do sistema radicular e a concentração de nitrogênio, potássio, cálcio, magnésio e enxofre nas lâminas de folhas recém-expandidas (LR). Os resultados evidenciaram interação significativa (P 0,01) entre as doses de nitrogênio e potássio na produção de massa seca da parte aérea e do sistema radicular do capim-Mombaça; na concentração de nitrogênio e de enxofre nas LR e na concentração de cálcio nas LR no segundo corte das plantas. As concentrações de potássio e de magnésio nas LR tiveram efeito significativo das doses de potássio, em ambos os cortes das plantas.

Nitrogen and potassium combinations for mombaça grass yield and mineral nutrition / Combinações de doses de nitrogênio e potássio para a produção do capimmombaça

An experiment was carried out in greenhouse conditions from November 2000 to February 2001 with Panicum maximum Jacq. cv. Mombaça grown in a nutrient solution with ground quartz as substrate. The experiment was set in an incomplete 52 factorial of nitrogen and potassium. Thirteen combinations between nitrogen and potassium rates (28N and 19.5K; 28N and 234K; 28N and 429K; 112N and 117K; 112N and 312K; 210N and 19.5K; 210N and 234K; 210N and 429K; 336N and 117K; 336N and 312K; 462N and 19.5K; 462N and 234K; 462N and 429K) were obtained according to design points of the modified central composite nonrotatable design that was set in a randomized complete block design, with four replications. The objectives were to evaluate the plant tops and roots dry matter yield and the mineral composition of the lamina of recently expanded leaves (RL) with respect to nitrogen, potassium, calcium, magnesium and sulphur. The results showed that the nitrogen X potassium interaction was significant (P 0.01) for plant tops and roots dry matter yield of Mombaça grass; nitrogen and sulphur concentrations in RL and calcium concentration in RL at the second harvest. Potassium and magnesium concentrations in RL were affected by potassium rates, at both harvests.

Foi realizado um experimento em casa-de-vegetação no período de novembro de 2000 a fevereiro de 2001, com Panicum maximum Jacq. cultivar Mombaça desenvolvido em solução nutritiva, e tendo sílica moída como substrato. Utilizou-se um esquema fatorial 52 incompleto, perfazendo um total de 13 combinações das doses de nitrogênio e de potássio (28N e 19,5K; 28N e 234K; 28N e 429K; 112N e 117K; 112N e 312K; 210N e 19,5K; 210N e 234K; 210N e 429K; 336N e 117K; 336N e 312K; 462N e 19,5K; 462N e 234K; 462N e 429K), as quais foram distribuídas segundo o delineamento experimental de blocos ao acaso, com quatro repetições. Objetivou-se avaliar a interação das doses de nitrogênio e de potássio na produção de massa seca da parte aérea (primeiro e segundo cortes) e do sistema radicular e a concentração de nitrogênio, potássio, cálcio, magnésio e enxofre nas lâminas de folhas recém-expandidas (LR). Os resultados evidenciaram interação significativa (P 0,01) entre as doses de nitrogênio e potássio na produção de massa seca da parte aérea e do sistema radicular do capim-Mombaça; na concentração de nitrogênio e de enxofre nas LR e na concentração de cálcio nas LR no segundo corte das plantas. As concentrações de potássio e de magnésio nas LR tiveram efeito significativo das doses de potássio, em ambos os cortes das plantas.

Nonstructural carbohydrates total nitrogen and dry matter of roots in signal grass as related to sulphur, nitrogen and lime rates / Carboidratos não-estruturais, nitrogênio total e produção de massa seca de raíz do campim-Braquiária em função de doses de enxofre, nitrogênio e calcário

Pastures degradation is one of the main hindrances of the brazilian cattle breeding, at the present time. Thus, the objective of this work was to assess the contents of nonstructural carbohydrates, total nitrogen and dry matter yield of roots of Brachiaria decumbens Stapf. growing in a soil from a degraded pasture in relation to sulphur, nitrogen and lime rates. The experiment was carried out in greenhouse during the summer. The experimental treatments steined from a 4x4x3 factorial combination of rates of lime, nitrogen and sulphur, respectively. Nitrogen rates were 0, 180, 630 and 1080 mg dm-3; lime rates were 0, 1.587,6, 3.175,2 and 4.762,8 mg dm-3, whereas sulphur rates were 0, 108 and 216 mg dm-3. The experimental design was a completely randomized design, with three replications. It was observed effect (P 0.05) for the nitrogen rates in all evaluated variables. The behavior was linear and decreasing for the nonstrucutural carbohydrates and quadratic for the total nitrogen concentration and dry matter in the roots of the grass. The sulphur influenced (P 0.05) just the nonstructural carbohydrates concentration that had decreasing linear behavior.

A degradação das pastagens constitui-se em um dos principais entraves da pecuária brasileira, na atualidade. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi determinar os teores de carboidratos não estruturais, nitrogênio total e produção de massa seca das raízes do capimbraquiária, cultivado em solo proveniente de uma pastagem degradada e submetida a doses de enxofre, nitrogênio e calcário. O experimento foi conduzido em casa-de-vegetação durante o período de verão. Empregou-se um esquema fatorial 4x4x3, perfazendo 48 combinações, as quais foram distribuídas no delineamento experimental de blocos completos ao acaso, com três repetições. Foram utilizadas quatro doses de nitrogênio (0, 180, 630 e 1.080 mg dm-3), quatro doses de calcário (0, 1.587,6, 3.175,2 e 4.762,8 mg dm-3) e três doses de enxofre (0, 108 e 216 mg dm-3). Observou-se efeito (P 0,05) para as doses de nitrogênio sobre as variáveis analisadas. O comportamento foi linear e decrescente para os carboidratos não estruturais e quadrático para a concentração de nitrogênio total e produção de massa seca de raiz. O enxofre influenciou (P 0,05) apenas os teores de carboidratos não estruturais que, teve comportamento linear e decrescente.