Multiple stresses on the oxidative metabolism of sugarcane varieties / Estresse múltiplo no metabolismo oxidativo de variedades de cana-de-açúcar

The exposure of plants to multiple stress conditions can cause over production of reactive oxygen species promoting an imbalance in the redox system. The aim of this study was to examine the antioxidant response from varieties of sugarcane under adverse conditions, to understand the defense mechanisms of tolerant and sensitive genotypes. Micropropagated sugarcane of six genotypes, RB966928, RB98710, RB855453, RB99395, RB867515, and RB855156, were subjected to isolated action of high-temperature stress and a combination of water and saline stress, and effects were evaluated. Activities of enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and ascorbate peroxidase (APX), as well as stress indicators such as lipid peroxidation (MDA content) and hydrogen peroxide (H2O2) content were evaluated. The RB867515 variety showed synchrony between the enzymatic activity and ROS regulation and detoxification, in the plant cell under environmental stress situations, thereby ensuring the maintenance of the relative water content without increment of lipid peroxidation; and consequently, the maintenance of physiological processes and plant growth. These results indicated that lipid peroxidation associated with relative water content can be good biochemical markers of sensitivity to multiple stresses in sugarcane.

A exposição de plantas a condições de estresse múltiplo pode causar uma superprodução de espécies reativas de oxigênio promovendo desequilíbrio no sistema redox. O objetivo deste trabalho foi estudar a resposta antioxidante de variedades de cana-de-açúcar sob condições adversas visando a compreensão de mecanismos de defesa de genótipos tolerantes e sensíveis. Mudas micropropagadas de cana-de-açúcar de seis genótipos, RB966928, RB98710, RB855453, RB99395, RB867515 e RB855156 foram submetidas à avaliação da ação isolada do estresse por alta temperatura e da sua combinação com o estresse hídrico e salino. Avaliou-se a atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX), bem como a peroxidação lipídica (teor de MDA) e teor de peróxido de hidrogênio (H2O2), indicadores de estresse. A variedade RB867515 destacou-se por apresentar sincronia entre a atividade enzimática na regulação e desintoxicação das ROS, produzidas na célula vegetal durante situações de estresse ambiental, garantindo a manutenção do teor relativo de água sem incremento da peroxidação lipídica e, consequentemente, a manutenção dos processos fisiológicos e o crescimento da planta. Os resultados indicam que a peroxidação lipídica associada ao baixo teor relativo de água podem ser bons marcadores bioquímicos de sensibilidade da cana-de-açúcar à estresses múltiplos.

Multiple stresses on the oxidative metabolism of sugarcane varieties / Estresse múltiplo no metabolismo oxidativo de variedades de cana-de-açúcar

The exposure of plants to multiple stress conditions can cause over production of reactive oxygen species promoting an imbalance in the redox system. The aim of this study was to examine the antioxidant response from varieties of sugarcane under adverse conditions, to understand the defense mechanisms of tolerant and sensitive genotypes. Micropropagated sugarcane of six genotypes, RB966928, RB98710, RB855453, RB99395, RB867515, and RB855156, were subjected to isolated action of high-temperature stress and a combination of water and saline stress, and effects were evaluated. Activities of enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and ascorbate peroxidase (APX), as well as stress indicators such as lipid peroxidation (MDA content) and hydrogen peroxide (H2O2) content were evaluated. The RB867515 variety showed synchrony between the enzymatic activity and ROS regulation and detoxification, in the plant cell under environmental stress situations, thereby ensuring the maintenance of the relative water content without increment of lipid peroxidation; and consequently, the maintenance of physiological processes and plant growth. These results indicated that lipid peroxidation associated with relative water content can be good biochemical markers of sensitivity to multiple stresses in sugarcane.(AU)

A exposição de plantas a condições de estresse múltiplo pode causar uma superprodução de espécies reativas de oxigênio promovendo desequilíbrio no sistema redox. O objetivo deste trabalho foi estudar a resposta antioxidante de variedades de cana-de-açúcar sob condições adversas visando a compreensão de mecanismos de defesa de genótipos tolerantes e sensíveis. Mudas micropropagadas de cana-de-açúcar de seis genótipos, RB966928, RB98710, RB855453, RB99395, RB867515 e RB855156 foram submetidas à avaliação da ação isolada do estresse por alta temperatura e da sua combinação com o estresse hídrico e salino. Avaliou-se a atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX), bem como a peroxidação lipídica (teor de MDA) e teor de peróxido de hidrogênio (H2O2), indicadores de estresse. A variedade RB867515 destacou-se por apresentar sincronia entre a atividade enzimática na regulação e desintoxicação das ROS, produzidas na célula vegetal durante situações de estresse ambiental, garantindo a manutenção do teor relativo de água sem incremento da peroxidação lipídica e, consequentemente, a manutenção dos processos fisiológicos e o crescimento da planta. Os resultados indicam que a peroxidação lipídica associada ao baixo teor relativo de água podem ser bons marcadores bioquímicos de sensibilidade da cana-de-açúcar à estresses múltiplos.(AU)

Atividade da enzima redutase do nitrato e teores de prolina livre em raízes de cana-de-açúcar sob os estresses hídrico e ácido no solo / Nitrate reductase enzyme activity and free proline contents in sugarcane roots under water and acid stress in soil

O objetivo deste trabalho foi avaliar indicadores fisiológicos da associação entre deficiência hídrica e acidez do solo, por meio da determinação da atividade da enzima redutase do nitrato, dos teores de prolina livre e do crescimento inicial do sistema radicular de plantas jovens da cultivar IAC91-5155 de cana-de-açúcar. Aos 30 dias, as mudas, originadas da brotação de uma gema, foram transferidas para vasos de plástico de 12 dm3 contendo Latossolo Vermelho distrófico álico e submetidas à associação de três tratamentos de disponibilidade hídrica: sem estresse (70%), estresse moderado (55%) e estresse severo (40%), de acordo com a capacidade de campo, e três níveis de acidez no solo: sem estresse (55%), estresse moderado (33%) e estresse severo (23%), considerando-se o índice de saturação por bases. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, em esquema fatorial 3x3, com quatro repetições. Aos 60 dias sob associação dos estresses foram determinados a atividade da enzima redutase do nitrato, os teores de prolina livre e o crescimento inicial do sistema radicular de plantas jovens de cana-de-açúcar. A atividade da enzima redutase do nitrato é indicadora fisiológica do efeito da associação do estresse hídrico e da acidez em condições moderadas no solo, enquanto, a prolina livre é indicadora desses estresses em condições severas. A intensificação da deficiência hídrica reduz o crescimento das raízes de cana-de-açúcar.

The aim of this work was evaluate the physiological indicators of association between water deficiency and soil acidity, by determining the nitrate reductase activity, the levels of free proline and initial growth of the root system of seedlings of sugarcane cv. IAC91-5155. After 30 days, the seedlings were transferred to plastic pots with 12 dm3 of dystrophic alic Red Latosol (Oxisol) and submitted to association of three treatments of water availability: no stress (70%), moderate stress (55%) and severe stress (40%), in according with field capacity and three acidity treatments: no stress (55%), moderate stress (33%) and severe stress (23%), considering the base saturation. The experimental design was that of random blocks under factorial scheme of 3x3, with four replicates. After 60 days under the stress association, the levels of free proline, the nitrate reductase activity and the growth of the sugarcane roots system were evaluated in seedlings of sugarcane. The nitrate reductase enzyme activity can be considered a physiological indicator of the effect of the association of acid and water stress in moderate conditions in soil, while the free proline can be considered physiological indicator to both stress in severe conditions. Water deficiency increasing reduced growth of sugarcane roots.

Nitrate reductase enzyme activity and free proline contents in sugarcane roots under water and acid stress in soil / Atividade da enzima redutase do nitrato e teores de prolina livre em raízes de cana-de-açúcar sob os estresses hídrico e ácido no solo

The aim of this work was evaluate the physiological indicators of association between water deficiency and soil acidity, by determining the nitrate reductase activity, the levels of free proline and initial growth of the root system of seedlings of sugarcane cv. IAC91-5155. After 30 days, the seedlings were transferred to plastic pots with 12 dm3 of dystrophic alic Red Latosol (Oxisol) and submitted to association of three treatments of water availability: no stress (70%), moderate stress (55%) and severe stress (40%), in according with field capacity and three acidity treatments: no stress (55%), moderate stress (33%) and severe stress (23%), considering the base saturation. The experimental design was that of random blocks under factorial scheme of 3x3, with four replicates. After 60 days under the stress association, the levels of free proline, the nitrate reductase activity and the growth of the sugarcane roots system were evaluated in seedlings of sugarcane. The nitrate reductase enzyme activity can be considered a physiological indicator of the effect of the association of acid and water stress in moderate conditions in soil, while the free proline can be considered physiological indicator to both stress in severe conditions. Water deficiency increasing reduced growth of sugarcane roots.

O objetivo deste trabalho foi avaliar indicadores fisiológicos da associação entre deficiência hídrica e acidez do solo, por meio da determinação da atividade da enzima redutase do nitrato, dos teores de prolina livre e do crescimento inicial do sistema radicular de plantas jovens da cultivar IAC91-5155 de cana-de-açúcar. Aos 30 dias, as mudas, originadas da brotação de uma gema, foram transferidas para vasos de plástico de 12 dm3 contendo Latossolo Vermelho distrófico álico e submetidas à associação de três tratamentos de disponibilidade hídrica: sem estresse (70%), estresse moderado (55%) e estresse severo (40%), de acordo com a capacidade de campo, e três níveis de acidez no solo: sem estresse (55%), estresse moderado (33%) e estresse severo (23%), considerando-se o índice de saturação por bases. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, em esquema fatorial 3x3, com quatro repetições. Aos 60 dias sob associação dos estresses foram determinados a atividade da enzima redutase do nitrato, os teores de prolina livre e o crescimento inicial do sistema radicular de plantas jovens de cana-de-açúcar. A atividade da enzima redutase do nitrato é indicadora fisiológica do efeito da associação do estresse hídrico e da acidez em condições moderadas no solo, enquanto, a prolina livre é indicadora desses estresses em condições severas. A intensificação da deficiênci