Effect of shading and nitrogen fertilization on nitrogen metabolism, essential oil content and antimicrobial activity of Achillea millefolium

The Achillea millefolium L. is a perennial herb with important antibacterial, antifungal, anti-inflammatory, antitumoral, and antioxidant properties. This research aimed to investigate the effect of shading (75%; black net) and nitrogen fertilization (0, 75 and 150 kg urea ha-1) on the nitrogen metabolism, essential oil yield and antimicrobial activity of A.millefolium at vegetative- and reproductive-stage. The evaluated parameters varied depending on the organ and the phenological stage of the plant considered. Overall, our findings indicated that shading decreased nitrogen assimilation. Decreased activities of nitrate reductase and glutamine synthetase were observed on shaded plants during reproductive and vegetative stages, respectively. Nitrate and total amino acid levels increased in shaded plants at the vegetative stage. Regarding nitrogen supply, the improved nitrogen metabolism and essential oil yield values were accompanied by intermediate concentrations of urea (75 kg ha-1). Plants fertilized with 75 kg urea ha-1 produced the highest amino acids concentration (vegetative stage), ammonium concentration (vegetative stage) and essential oil yield (reproductive stage). Shading or nitrogen supply did not influence the microbial activity of A. millefolium essential oil.However, the essential oil of leaves and flowers were highly effective against fungi and bacteria, especially gram-positive bacteria. In conclusion, the current study showed that full light and 75 kg urea ha-1 enhanced the nitrogen metabolism of A. millefolium in both vegetative and reproductive stages.

Seed germination and antioxidant enzyme activity in seedlings of diploid and tetraploid bahiagrass under water restriction / Germinação de sementes e atividade de enzimas antioxidantes em plântulas de grama forquilha diplóide e tetraploide sob restrição hídrica

ABSTRACT: The objective of the following research was to investigate the physiological responses of two bahiagrass genotypes (Paspalum notatum Flügge) submitted to water restriction, induced by polyethylene glycol (PEG6000), during seed germination. Seeds of cv. Pensacola (diploid) and Bagual ecotype (tetraploid) were placed on paper moistened with osmotic solutions at potentials of 0.0; -0.1; -0.2 and -0.3 MPa. Composed of two subsamples of 100 seeds and four experimental units per treatment, the germination test was conducted in a germination chamber under alternating temperatures of 30 °C (8 hours) and 20 °C (16 hours), with presence of light during the higher temperature. Final germination percentage and germination speed index of the seeds, as well as early growth, activity and expression of antioxidant enzymes of seedlings were evaluated. The water restriction induced by PEG6000 reduced the percentage of germination in Pensacola (from 74% to 59%) and Bagual (34% to 10%). For the latter, the evaluation of seedlings showed higher dry mass in relation to cv. Pensacola (1.7 times higher in root and 1.6 times in shoot). In response to moderate water restriction, the genotypes showed increases in root growth (1.7 times higher in -0.1 compared to 0.0 MPa), both in expression and enzymatic activity (superoxide dismutase and catalase).

RESUMO: O presente estudo objetivou avaliar as respostas fisiológicas de dois genótipos de grama forquilha (Paspalum notatum Flügge) sob restrição hídrica induzida por polietileno glicol (PEG6000) durante a germinação de sementes. Sementes da cv. Pensacola (diplóide) e do ecótipo Bagual (tetraplóide) foram colocadas em papel umedecido com soluções osmóticas nos potenciais de 0,0; -0,1; -0,2 e -0,3 MPa. Composto de duas subamostras de 100 sementes e quatro unidades experimentais por tratamento, o teste de germinação foi conduzido em câmara de germinação sob temperatura alternada de 30-20 ºC, com presença de luz durante a maior temperatura. Foram avaliados a porcentagem final e o índice de velocidade de germinação das sementes, assim como o crescimento inicial, a atividade e a expressão de enzimas antioxidantes das plântulas. A restrição hídrica induzida por PEG6000 reduziu o percentual de germinação em Pensacola (de 74 para 59%) e Bagual (34 para 10%). Este último, na avaliação de plântulas, apresentou massa seca superior em relação à cv. Pensacola (1.7 vezes superior em raiz e 1.6 vezes superior em parte aérea). Em resposta à restrição hídrica moderada, os genótipos apresentaram aumentos tanto do crescimento radicular (1.7 vezes superior em -0.1 em comparação com 0.0 MPa), quanto da expressão e da atividade enzimática (superóxido dismutase e catalase).

Salicylic acid on antioxidant activity and betacyan in production from leaves of Alternanthera tenella / Ácido salicílico sobre a atividade antioxidante e produção de betacianinas em folhas de Alternanthera tenella

This research investigates effects of salicylic acid (an abiotic elicitor) on the antioxidant activity and betacyan production from leaves of Alternanthera tenella cultured in vitro was evaluated. Plants were grown in a liquid MS medium and vermiculite substrate. After 35 days salicylic acid was added to the medium. Content of betacyanins, total phenols and flavonoids and non-enzymatic antioxidant capacity were determined in leaves of A. tenella after 0, 12, 36 and 48h of treatment. After 36h, concentration of betacyanins and total phenols increased. On the other hand, the increase of the treatment time caused a slight decrease in total flavonoids and reduced the DPPH free radical activity. As result the antioxidant activity of the leaves of A. tenella is promoted by salicylic acid and can be attributed to the increase in betacyanin content, which are compounds with recognized antioxidant action.

Este trabalho investiga o efeito do ácido salicílico (um elicitor abiótico) sobre a atividade antioxidante e produção de betacianinas em folhas de Alternanthera tenella cultivada in vitro. As plantas foram cultivadas em meio MS líquido e vermiculita como substrato. Após 35 dias, o ácido salicílico foi adicionado ao meio. Conteúdo de betacianinas, fenóis totais e flavonoides e a capacidade antioxidante não-enzimática foi determinada em folhas de A. tenella após 0, 12, 36 e 48h de tratamento. Após 36h, a concentração de betacianinas e fenóis totais aumentaram. Em contrapartida, o aumento no tempo de exposição causou uma ligeira diminuição nos teores de flavonoides totais e inibição da atividade do radical livre DPPH. Como resultado, a atividade antioxidante de folhas de A. tenella é promovida pelo ácido salicílico e pode ser atribuída ao aumento do conteúdo de betacianina, os quais são compostos com ação antioxidante reconhecida.

Ação de extratos de Zantedeschia aethiopica na qualidade fisiológica de sementes, pigmentos fotossintéticos e metabolismo antioxidativo de plântulas de arroz vermelho / Action of Zantedeschia Aethiopica extracts in seed physiological quality, photosynthetic pigments and antioxidative metabolism of red rice seedlings

Objetivou-se com este trabalho avaliar a influência da concentração do extrato de folhas maduras de Zantesdeschia aethiopica sobre atributos fisiológicos de sementes e plântulas de arroz vermelho. Os tratamentos foram extratos nas concentrações 0; 12; 25; 50 e 75%. Foram avaliados germinação, primeira contagem, comprimento de parte aérea e raiz, massa seca total de plântulas, condutividade elétrica, teores de clorofila a, b e total, atividade das enzimas superóxido-dismutase, catalase e ascorbarto peroxidase, peroxidação lipídica e teor de peróxido de hidrogênio, emergência de plântulas, comprimento de parte aérea e de raiz e massa seca total das plântulas emergidas. Os teores de clorofila foram alterados quanti-qualitativamente, a emergência de plântulas, o comprimento de raiz e a massa seca total de plântulas emergidas foram reduzidos pelo aumento da concentração do extrato. A peroxidação de lipídeos, a atividade das enzimas superóxido-dismutase, ascorbato-peroxidase e catalase aumentaram com a concentração. Os resultados encontrados no trabalho demonstraram que o extrato de folhas maduras de Z. aethiopica altera diferentes atributos fisiológicos e apresenta toxidez a sementes e a plântulas de arroz vermelho.

The work aimed to evaluate the leaves extract concentration influence Zantedeschia aethiopica on physiological attributes of red rice seeds and seedlings. Treatments were mature leaf extracts at concentrations of 0; 12; 25; 50 and 75%. Were evaluated the germination, first count germination, length of shoot and root, seedling total dry mass, chlorophyll content, electrical conductivity, activity of the enzymes superoxide dismutase, catalase and ascorbarto peroxidase, lipid peroxidation, content of hydrogen peroxide and seedling emergence, length of organs and total dry mass of seedlings emerged. Chlorophyll contents were changed quantitavely and qualitatively, seedling emergence, the root lenght and total dry mass of seedlings was reduced by increasing the concentration of the extract. There was increase in lipid peroxidation, the activity increase of enzymes superoxide dismutase, ascorbate peroxidase and catalase with the concentration of the extract. The results of the work demonstrated that extract of mature leaves of Z. aethiopica alters different physiological attributes and features toxicity of red rice seeds and seedlings.

Desempenho de sementes e plântulas de rabanete sob ação de extrato aquoso de folhas de Trema micrantha (Ulmaceae) / Performance of radish seeds and seedlings under action of aqueous extract of leaves of Trema micrantha (Ulmaceae)

O trabalho objetivou avaliar o efeito alelopático de extrato aquoso de folhas de Trema micrantha sobre germinação de sementes e crescimento inicial de plântulas de rabanete. Para os extratos foram utilizadas folhas maduras e frescas nas concentrações 2, 4 e 8% (p/v), com aferição do pH e potencial osmótico. No bioensaio de germinação, foram empregadas cinco repetições de 25 sementes distribuídas em placas de petri forradas com papel Germitest, umedecido com 7 mL de extrato ou água e mantidos a 25 ºC em B.O.D., por cinco dias. Foram determinados a porcentagem de germinação (PG), velocidade de germinação (VG), índice de velocidade de germinação (IVG) e índice de efeito alelopático (RI). No bioensaio de crescimento inicial, foram avaliados o comprimento da radícula e do hipocótilo, a biomassa fresca e seca, o conteúdo de água e os teores de clorofila a, b e total. Todos os atributos de germinação, PG, VG, IVG e RI, foram afetados negativamente pelos extratos de T. micrantha. O crescimento inicial foi influenciado pelos extratos, ocorrendo redução do comprimento da radícula e aumento do hipocótilo. O extrato não alterou a biomassa fresca e seca e os teores de clorofila. Extratos aquosos de folhas de Trema micrantha exerceram ação alelopática sobre a germinação e crescimento inicial do rabanete, não influenciando na inibição da síntese de pigmentos fotossintéticos.

This study aimed to evaluate the allelopathic effects of aqueous extracts of Trema micrantha leaves on seed germination and early growth of seedlings of radish (Raphanus sativus L.). Leaf extracts were prepared at concentrations of 2, 4 and 8%. pH and osmotic potential were also performed from the extracts. Germination bioassay consisted of five replicates of 25 seeds of radish distributed in Petri dishes with germitest paper and 7 mL of extract or water and kept at 25°C in B.O.D. for five days. Germination percentage (PG), germination speed (VG), germination speed index (IVG) and index of allelopathic effect (RI) were determined. For bioassay initial growth, seeds were germinated until they reach 2 mm protrusion radicle and transferred to Gerbox containing germitest paper and 15 mL of extract or water, kept seven days at 25°C in B.O.D. for evaluating length of the radicle and hypocotyl, fresh and dry mass, water content and content of chlorophyll (a, b and total). Leaf extracts from T. micrantha affected negatively all parameters examined for germination (PG, VG, IVG and RI). The extracts affected the initial growth, causing reduction of the radicle length and stimulating the growth of hypocotyls, but not interfered on fresh and dry weight and content of chlorophyll. Aqueous extracts of T. micrantha leaves exerted allelopathic action on germination and early growth of radish, but not caused inhibition of synthesis of photosynthetic pigments.

Antioxidant activity of corn seeds after thermal stress / Atividade antioxidante de sementes de milho após estresse térmico

The aim of this research was to analyze the effect of different temperatures on physiological quality and relate the responses with the antioxidant activity of three lots of corn seeds. The seeds from three lots were exposed for 24h at temperatures of 15, 25, 35 and 40°C and then evaluated for percentage, speed index and first germination count, as well as early growth and activity of antioxidant enzymes in the seedlings. The experimental design was completely randomized with four replications, with subsequent polynomial regression analysis. The results showed that the seeds from the three lots of corn exposed to temperatures of 15 and 40°C, were of better high physiological quality (vigor), which explains the low activity of enzymes of the antioxidant defense system in these same temperatures. The antioxidant defense system is related to the physiological quality of corn seeds exposed to thermal stress.

O objetivo neste trabalho foi analisar o efeito de diferentes temperaturas na qualidade fisiológica e relacionar com a atividade antioxidante de três lotes de sementes de milho, as quais foram expostas por 24h às temperaturas de 15, 25, 35 e 40°C e, após, avaliadas quanto à porcentagem, índice de velocidade e primeira contagem de germinação, como também crescimento inicial e atividade de enzimas antioxidantes nas plântulas. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com quatro repetições, com posterior análise de regressão polinomial. Os resultados evidenciaram que as sementes dos três lotes de milho, expostas às temperaturas de 15 e 40°C, foram de melhor qualidade fisiológica (vigor), o que explica a baixa atividade das enzimas do sistema de defesa antioxidante nessas mesmas temperaturas. O sistema de defesa antioxidante tem relação com a qualidade fisiológica de sementes de milho expostas ao estresse térmico.

Atividade de enzimas fermentativas em raízes e nódulos de soja sob condições de hipóxia e pós-hipóxia / Fermentative enzymes activity in soybean roots and nodules under hypoxia and post-hypoxia conditions

O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade de enzimas fermentativas em raízes e nódulos de soja (Glycine max) sob condições de hipóxia e pós-hipóxia. Os genótipos Fundacep 53 RR e BRS Macota foram cultivados em vasos de 3L contendo vermiculita como substrato em associação com Bradyrhizobium elkanii em casa de vegetação. No estádio R2, o sistema radicular das plantas foi submetido à hipóxia pelo encaixe de um segundo vaso sem perfurações e inundado com solução nutritiva diluída a 1/3 da concentração original, por 8 dias. Posteriormente, foram retirados os vasos sem perfurações para avaliação da recuperação. O material vegetal foi coletado no 2º, 4º, 6º e 8º dias após a inundação ou recuperação, juntamente com os controles para a dosagem da atividade das enzimas álcool desidrogenase (ADH), piruvato descarboxilase (PDC) e lactato desidrogenase (LDH) em raízes e nódulos. Os dados foram submetidos à ANOVA e comparados pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. As atividades da ADH, PDC e LDH foram fortemente estimuladas com a inundação, especialmente em nódulos, e diminuíram com a recuperação, em ambos os genótipos. Fundacep 53 RR respondeu de forma mais efetiva aos efeitos dos tratamentos.

This study aimed to evaluate the activity of fermentative enzymes in soybean (Glycine max) roots and nodules under hypoxia and post-hypoxia conditions. The soybean genotypes Fundacep 53 RR and BRS Macota associated with Bradyrhizobium elkanii were grown in 3L pots containing vermiculite as substrate under greenhouse conditions. Root system of plants at the R2 stage was subjected to hypoxia by blocking drainage of the pot, by fitting a second one without holes and flooded with nutrient solution diluted one-third of the original. The flooding of the plants was carried out for eight days and after, the pot without drilling was removed for recovery assessment. Non-waterlogged plants were kept as control. Activities of the fermentation enzymes alcohol dehydrogenase (ADH), pyruvate decarboxylase (PDC) and lactate dehydrogenase (LDH) were quantified in roots and nodules collected at 2, 4, 6 and 8 days after flooding or recovery. Data were analyzed by ANOVA and compared by the Tukey test (P ≤ 0,05). Activities of ADH, PDC and LDH were hardly stimulated during flooding, especially in nodules, in both genotypes and decreased with recovery. Fundacep 53 RR responded more effectively to treatment effects.

Enzyme expression in indica and japonica rice cultivars under saline stress / Expressão de enzimas em cultivares de arroz indica e japonica sob estresse salino

The southern State of Rio Grande do Sul (RS) is the main rice producer in Brazil with a 60% participation of the national production and 86% participation of the region. Rice culture irrigation system is done by flooding, which leads to soil salinization, a major environmental constraint to production since it alters the plants' metabolism exposed to this type of stress. The indica cultivar, widely used in RS, has a higher sensitivity to salinity when compared to that of the japonica cultivar in other physiological aspects. Current research analyzes enzymes expression involved in salt-subjected indica and japonica rice cultivars' respiration. Oryza sativa L. spp. japonica S.Kato (BRS Bojuru, IAS 12-9 Formosa and Goyakuman) and Oryza sativa L. spp. indica S. Kato (BRS Taim-7, BRS Atalanta and BRS Querencia) were the cultivars employed. Seedlings were transferred to 15 L basins containing 50% Hoagland nutrient solution increased by 0, 25, 50, 75 and 100 mM NaCl, and collected at 14, 28 and 42 days after transfer (DAT). Plant tissues were macerated and placed in eppendorf tubes with Scandálios extractor solution. Electrophoresis was performed in 7% of the polyacrylamide gels in vertical vats. Bands were revealed for the following enzymes systems: esterase, alcohol dehydrogenase, phosphoglucoisomerase, malate dehydrogenase, malic enzyme and alpha amylase. The enzymes expression was greater in subspecies japonica, with more intense bands in proportion to salinity increase. Results show that enzyme systems are involved in the salinity defense mechanisms in O. sativa spp. japonica cultivar.

O Estado do Rio Grande do Sul (RS) destaca-se como principal produtor de arroz, participando com 60% da produção nacional e 86% da regional. O sistema de irrigação da cultura é por inundação, que induz o solo à salinização, um dos maiores limitadores ambientais à produção, alterando o metabolismo da plantas expostas a este tipo de estresse. As cultivares indicas amplamente utilizadas no RS demonstram maior suscetibilidade à salinidade quando comparadas às japonicas em outros aspectos fisiológicos. O objetivo da pesquisa foi analisar a expressão de enzimas envolvidas na respiração de cultivares de arroz, indica e japonica, submetidas à salinidade. Foram utilizadas cultivares de Oryza sativa L. spp. japonica S. Kato (BRS Bojuru, IAS 12-9 Formosa e Goyakuman) e de Oryza sativa L. spp. indica S. Kato (BRS-7 Taim, BRS Querência e BRS Atalanta). As plântulas foram transferidas para bacias de 15 L, contendo solução nutritiva de Hoagland meia força acrescida de 0, 25, 50, 75 e 100 mM de NaCl. A coleta foi aos 14, 28 e 42 dias. Os tecidos vegetais foram macerados e colocados em tubos eppendorf com solução extratora de Scandálios. A eletroforese foi realizada em géis de poliacrilamida 7% em cubas eletroforéticas verticais. As bandas foram reveladas para os sistemas enzimáticos esterase, álcool desidrogenase, fosfoglico isomerase, malato desidrogenase, enzima málica e alfa amilase. A expressão das enzimas foi maior na subespécie japonica, com bandas mais intensas conforme o aumento da salinidade. Conclui-se que tais sistemas enzimáticos estejam envolvidos em mecanismos de tolerância ao estresse salino nas cultivares de O. sativa spp. japonica.

Crescimento e produção de pigmentos fotossintéticos em Achillea millefolium L. cultivada sob diferentes níveis de sombreamento e doses de nitrogênio / Growth and production of photosynthetic pigments in Achillea millefolium L. grown under different levels of shading and nitrogen

A espécie Achillea millefolium L., conhecida como mil-folhas, é uma planta herbácea, rizomatosa e perene. Sua importância medicinal deve-se às suas atividades antibacterianas, antiinflamatórias, antitumorais, analgésicas e antioxidantes. O efeito da disponibilidade de luz e do nitrogênio sobre o crescimento e produção dessa espécie é pouco conhecido. O objetivo deste trabalho foi avaliar a resposta de A. millefolium L., cultivada sob diferentes níveis de sombreamento e doses de nitrogênio, quanto ao crescimento e à produção de pigmentos fotossintéticos. As plantas foram cultivadas sob três doses de nitrogênio (0, 75 e 150kg uréia ha-1) e submetidas a dois níveis de sombreamento 0 por cento (luz plena) e 75 por cento (sombrite 75 por cento). Adotou-se o delineamento experimental de blocos casualizados com quatro repetições em um fatorial 3x2 (doses de nitrogênio x níveis de sombreamento). O sombreamento influenciou a maioria dos caracteres avaliados, causando uma redução significativa no acúmulo de massa seca da parte aérea (caule + folha + flor), caule, folhas e flores e aumento nos teores de clorofila a, b, total e carotenóides. Os resultados sugerem que a espécie A. millefolium L. possui adaptação à baixa intensidade luminosa, devido às alterações nas características foliares, relacionadas aos teores de pigmentos fotossintéticos.

Achillea millefolium L., known as yarrow, is an herbaceous, rhizomatous and perennial plant. Its medicinal importance is attributed to antibacterial, anti-inflammatory, antitumoral, analgesical and antioxidant activities. The effect of light availability and nitrogen on growth and production of this species is little known. The objective of this study was to evaluate the growth and production of photosynthetic pigments in A. millefolium L. grown under different levels of shading and nitrogen levels. Plants were cultivated under three nitrogen levels (0, 75 and 150kg urea ha-1) and subjected to two levels of shading 0 percent (full light) and 75 percent (75 percent black). The experimental design was delineated in randomized blocks with four replicates in a factorial 3 x 2 (nitrogen levels x levels of shading). The shading influenced most parameters evaluated, causing a significant reduction in dry mass accumulation of shoot (stem + leave + flower), stem, leaves and flowers and increase in levels of chlorophyll a, b, total and carotenoids. Results suggest that Achillea millefolium L. has adaptated to low light intensity, due to changes in leaf traits related to photosynthetic pigments content.