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UNESP - UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
CÂMPUS DE BOTUCATU
INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS
ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS E BIOQUÍMICAS EM SEMENTES
DE FEIJÃO (PHASEOLUS VULGARIS L.) SUBMETIDAS À
CONDIÇÕES DE ESTRESSE: AÇÃO DO ÓXIDO NÍTRICO
YARA ANDRÉO DE SOUZA
Tese apresentada ao Instituto de
Biociências, Câmpus de Botucatu,
UNESP, para obtenção do título de
Doutor em Ciências Biológicas
(Botânica), AC: Fisiologia Vegetal.
BOTUCATU - SP
- 2007 -
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UNESP - UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
CÂMPUS DE BOTUCATU
INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS
AVALIAÇÕES FISIOLÓGICAS E BIOQUÍMICAS EM SEMENTES DE FEIJÃO (Phaseolus
vulgaris L.) SUBMETIDAS À CONDIÇÕES DE ESTRESSE: AÇÃO DO ÓXIDO NÍTRICO
YARA ANDRÉO DE SOUZA
PROFª DRª ANA CATARINA CATANEO
ORIENTADORA
BOTUCATU - SP
- 2007 -
Tese apresentada ao Instituto de
Biociências, Câmpus de Botucatu,
UNESP, para obtenção do título de
Doutora em Ciências Biológicas
(Botânica), AC: Fisiologia Vegetal
2
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DEDICATÓRIA
A meu marido Emerson e aos meus pais,
Newton e Marina.
3
AGRADECIMENTOS
A Deus,
Aos meus pais, Newton e Marina pela credibilidade e por estarem ao meu lado em mais essa
jornada,
A meu marido Emerson pelo carinho, amor e companheirismo de todos esses anos, amo você,
Aos meus irmãos Claudia, Newton e Henrique pelo amor que nos une hoje e sempre,
Aos pequenos João Gabriel, Maria Fernanda, Mateus, Kauê e Letícia, meus amados sobrinhos,
À Vó Neide pelo grande incentivo em tudo que fiz na vida,
À Profa. Ana Catarina Cateno, pela amizade, confiança e ensinamentos de todos esses anos,
À CAPES, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, pela bolsa concedida,
À EMBRAPA Arroz e Feijão, pelo material cedido,
À minha irmã de coração Mônica B. Neves, pelos momentos que passamos e pelas lições de vida,
À Marina S. Sanine e Jennifer Búffalo, pela amizade que construímos e apoio nesse trabalho,
A Leonardo C. Ferreira, amigo sempre presente e companheiro de trabalho,
Aos muitos amigos: Joseane Scavroni, Jonas Júnior, Valdir Zucareli, Marcio Bonjovane, Daniela
Dias Pinto e Maria Olívia G. Corrêa e Luiz Fernando R. Almeida, pelos melhores e inesquecíveis
momentos em Botucatu,
A todos meus amigos e amigas do Depto de Agricultura - Faculdade de Ciências Agronômicas,
UNESP-Botucatu,
A todos os funcionários da UNESP-Botucatu pela colaboração,
A todos aqueles que estiveram comigo em mais essa jornada por meio de orações e pensamentos.
MUITO OBRIGADA
4
SUMÁRIO
Resumo e Introdução Geral..................................................................................................................06
Resumo....................................................................................................................................................07
Abstract...................................................................................................................................................09
Introdução...............................................................................................................................................10
Revisão Bibliográfica.............................................................................................................................12
1. Feijão...................................................................................................................................................13
1.1.Características Gerais...............................................................................................................13
1.2. Cultivo e Produção...................................................................................................................14
2. Germinação de sementes sob condições de estresse........................................................................15
2.1 Germinação: Deficiência Hídrica.............................................................................................16
2.2 Germinação: Alumínio..............................................................................................................17
3. Estresse Oxidativo..............................................................................................................................19
3.1 Peroxidase..................................................................................................................................20
3.2 Superóxido Dismutase...............................................................................................................20
3.3 Lipoperóxidos............................................................................................................................21
4. Efeito do óxido nítrico na germinação.............................................................................................22
5. Referências Bibliográficas.................................................................................................................24
Capítulo I................................................................................................................................................37
Germinação de sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.): efeito do óxido nítrico e do alumínio.
Capítulo II...............................................................................................................................................56
Óxido nítrico na germinação de sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) sob estresse por alumínio.
Capítulo III.............................................................................................................................................73
Efeito do óxido nítrico na germinação de sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) sob estresse por
deficiência hídrica.
Capítulo IV.............................................................................................................................................91
Ação antioxidante do óxido nítrico em sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) submetidas à
deficiência hídrica.
Conclusões.............................................................................................................................................113
5
RESUMO E INTRODUÇÃO GERAL
6
YARA, A. S. ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS E BIOQUÍMICAS DURANTE A
GERMINAÇÃO EM SEMENTES DE FEIJÃO (Phaseolus vulgaris L.) SUBMETIDAS A
CONDIÇÕES DE ESTRESSE: AÇÃO DO ÓXIDO NÍTRICO. 2007. 114p. TESE
(DOUTORADO) – INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS, UNESP - UNIVERSIDADE ESTADUAL
PAULISTA, BOTUCATU.
RESUMO - O presente trabalho teve como objetivo avaliar algumas alterações na germinação e na
bioquímica de sementes de feijão submetidas a condições de estresse e efeito do óxido nítrico. Num
primeiro experimento foram avaliados os efeitos do NO e do alumínio na germinação e no
desenvolvimento dos eixos embrionários de sementes de feijão. Foram utilizadas diferentes
concentrações da solução de nitroprussiato de sódio (SNP), substância doadora de NO e diferentes
concentrações da solução de sulfato de alumínio. Foi observado que o óxido nítrico e o sulfato de
alumínio exercem efeito na germinação de sementes de feijão, acelerando e atrasando esse processo
respectivamente, e também sobre a massa fresca dos eixos embrionários. No segundo experimento foi
verificada a germinação de sementes de feijão quando submetidas à condição de estresse por alumínio
em função do óxido nítrico, e as sementes de feijão foram submetidas a tratamentos com água
destilada, solução de sulfato de alumínio 30 mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
, permanecendo
nestas condições por um período de 18 h, o qual denominou-se embebição. Seguido da embebição, as
mesmas sementes foram transferidas para novos rolos de papel umedecidos previamente com as
mesmas soluções e foi avaliado teor de água, após 18 h de embebição, emissão da radícula, aos sete
dias da instalação do experimento, germinação total e plântulas em formação e em desenvolvimento
aos nove dias da instalação experimento. Foi observado que o alumínio impede a formação e o
desenvolvimento de plântulas de feijão e o óxido nítrico não é eficiente na minimização desse efeito.
Em experimento similar foi utilizado solução de polietileno glicol (PEG 6000) no potencial osmótico
de -0,6 MPa, para simular a condição de deficiência hídrica. Foram seguidas as mesmas condições
descritas anteriormente, porém utilizando solução de PEG -0,6 MPa, onde foi observado que a
deficiência hídrica ocasiona atraso na germinação das sementes e o óxido nítrico é eficiente na redução
dos efeitos dessa condição na formação das plântulas de feijão. No quarto experimento, foi verificada a
ação antioxidante do NO nas sementes de feijão, assim as sementes foram embebidas em água destilada
e em solução de SNP 250 µmol.L
-1
por 18 h e transferidas para água destilada (T1 e T2), solução de
PEG -0,6 MPa (T3 e T4) e solução de SNP 250 µmol.L
-1
(T5 e T6), sendo determinadas as atividades
das peroxidases (POD) e da superóxido dismutase (SOD) e os teores de lipoperóxidos, dos eixos
embrionários de sementes que foram coletadas às 12 e 36 h após a transferência destas para os
7
tratamentos. O óxido nítrico atua como antioxidante em sementes de feijão quando estas são
submetidas à deficiência hídrica.
Palavras-chave: óxido nítrico, tratamento de sementes, fisiologia da germinação, enzimas
antioxidantes, Phaseolus vulgaris.
8
YARA, A. S. PHYSIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL ALTERATIONS DURING
GERMINATION IN BEAN (Phaseolus vulgaris L.) SEEDS SUBJECTED TO STRESS
CONDITIONS: NITRIC OXIDE ACTION. 2007. 114p. THESIS (PhD) – INSTITUTO DE
BIOCIÊNCIAS, UNESP - UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA, BOTUCATU.
ABSTRACT – The present work aimed at altercates verifying germination and biochemistry in bean
seeds subjected to stress conditions and effect of nitric oxide (NO). Firstly, the effects of sodium
nitroprusside (SNP) solution and aluminum evaluated on germination and the growth embryonic axes
in bean seeds. Thus utilized different concentrations of sodium nitroprusside (SNP) solution, NO-
donor, and different concentrations aluminum sulfate solution. Were evaluated the NO and aluminium
shower effect in bean seeds germination, accelerating and delaying it, respectively, and also in effect
fresh mass of embryonic axes. In a second experiment, bean seeds germination kept under such
conditions of stress aluminum in function NO, and seeds were treated with distilled water, aluminum
sulfate solution, 30 mmol.L
-1
and SNP solution, 250 µmol.L
-1,
and for an 18h period which was called
“imbibition”. Water content was evaluated after 18 h imbibition’s; emission the raise primaries, count
was carried out at seven days of the experiment, total germination and formation and development of
seedlings were verified at nine days after the beginning of the experiment. Thus, of aluminum did not
prejudicial of process germination but on development of seedlings and NO did not efficient and
minimizes of that injury. In a similar experiment, polyethylene glycol (PEG 6000) solution was used at
-0.6 MPa osmotic potential to simulate water deficit under the same conditions as described above.
However, for the seeds imbibition to PEG solution to cause retardation emission the raise primaries,
effect minimized that seeds transferred to SNP solution, and NO also effect minimized to water deficit
condition in formation the bean seedlings. To verify NO antioxidant action, a fourth experiment was
carried out: seeds were imbibed in distilled water and in SNP solution, 250 µmol.L
-1
, for 18 h and then
transferred to distilled water (T1 and T2), PEG solution at -0.6 MPa (T3 and T4) and SNP solution, 250
µmol.L
-1
(T5 and T6). Peroxidases (PG-POD and GC-POD) and superoxide dismutase (SOD) activities
were evaluated as well as lipid peroxide content of the embryonic axes of seeds collected 12 and 36 h
after their transference in the treatments, before and after the beginning of the germination process,
respectively. NO presented an antioxidant effect on bean seeds under water deficit.
Keywords: nitric oxide, seeds treatments, physiology germination, antioxidant enzymes, Phaseolus
vulgaris.
9
INTRODUÇÃO
Pertencente a família das leguminosas e ao gênero Phaseolus, o feijão originou-se na América e
possui cerca de 55 espécies, sendo que o Phaseolus vulgaris recebe destacada atenção por ser a espécie
cultivada mais antiga e mais utilizada em todos os continentes (Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
A cultura do feijão no Brasil é uma das mais importantes, não só por fazer parte como alimento
da mesa da população, mas por envolver, também, uma grande área de produção cultivada por
pequenos agricultores (Yokoyama, et al., 2000). No Brasil, seu cultivo é realizado de Norte a Sul, em
diferentes épocas e variados sistemas de cultivo.
As condições que as sementes encontram na implantação da cultura algumas vezes são
adversas, tais como, solos salinos, ácidos, sódicos e com deficiência hídrica (Neto et al., 2006). Da
maioria dos solos cultiváveis, aproximadamente 78,4% compõem-se de solos ácidos que
impossibilitam a exploração econômica de culturas viáveis. Somente no Brasil, os solos do cerrado
com baixa capacidade de troca de íons e alta toxicidade de alumínio representam 205 milhões de
hectares (Fuente-Martinéz e Herrera-Estrella,1999).
Os metais pesados presentes no solo são originados a partir das rochas que os contêm em sua
composição (Melo et al., 1997). Porém, em virtude do crescente emprego de fertilizantes e pesticidas
nas culturas agrícolas, aliados ao aumento das atividades industriais e de mineração, os metais pesados
são responsáveis pela contaminação do solo, cursos de água e lençol freático (Malavolta, 1994).
O alumínio é um metal pesado que causa problemas em 30-40% das terras cultiváveis do
planeta, mais comumente nos trópicos, onde os solos são ácidos (Raven et al., 2001). A condição de
acidez elevada resulta na disponibilidade do alumínio (Marin et al., 2004), que limita a produtividade
das plantas (Custódio et al., 2002).
Outro fator relevante na produtividade das culturas é a deficiência hídrica. Dos fatores externos
que interferem no processo germinativo, considera-se como o mais importante a hidratação da semente,
pois a água constitui a matriz onde ocorre a maioria dos processos bioquímicos e fisiológicos, que
resultam na protrusão da raiz primária (Moraes et al., 2005).
O desenvolvimento de cultivares mais tolerantes a períodos de deficiência hídrica, bem como o
desenvolvimento de tecnologias que auxiliem as plantas a tolerarem períodos prolongados de estiagem,
são essenciais na manutenção da produção agrícola brasileira e mundial, em níveis que possam
alimentar uma população em constante crescimento (Nepomuceno et al., 2001). Segundo os mesmos
autores, o estresse hídrico quebra o equilíbrio oxidativo/redutivo (redox) em várias organelas celulares,
como os cloroplastos. O declínio na funcionalidade dos cloroplastos, inevitavelmente, leva à geração de
espécies reativas de oxigênio (ERO).
10
As ERO são representadas pelos radicais superóxidos (O
2
-•
), radicais hidroxila (OH
-
), peróxido
de hidrogênio (H
2
O
2
) e oxigênio singleto (O
2
), cuja elevada produção acarreta estresse oxidativo nas
plantas (Richards et al., 1998; Tamás et al., 2004). Isto ocorre quando as ERO estão em quantidades
excessivas, ultrapassando a capacidade dos organismos de neutralizá-las com seus sistemas naturais
(Kuss, 2005).
O estresse oxidativo é conseqüência da alteração química das principais classes de
biomoléculas, causando severas injúrias, como degradação de clorofila, alterações estruturais e
funcionais em proteínas, fragmentação de DNA, extravasamento de íons, peroxidação de lipídios e,
finalmente, morte celular (Scandalios, 1993; Smirnoff, 1993; Dodge, 1994; Foyer et al., 1994; Thérond
et al., 2000; Moller et al., 2007).
Estudos com o óxido nítrico (NO) têm mostrado que essa molécula pode atuar tanto como
citoprotetor, quanto citotóxico, de acordo com a concentração (Stamler, 1994; Beligni e Lamattina,
1999a; Leite e Sarni, 2003). Alguns trabalhos relatam seu envolvimento na inibição da expansão foliar,
acúmulo de fitoalexinas e ativação de respostas de defesa contra ataque de patógenos (Delledonne et
al., 1998; Durner et al., 1998; Beligni e Lamattina, 1999a; Klessig, 2000; Delledonne et al., 2001;
Wendehenne et al., 2001; Neil et al., 2003; Romero-Puertas e Delledonne, 2003).
A função protetora do NO contra situações de estresses abióticos também tem sido relatada,
detectando-se aumento na tolerância à seca de algumas espécies de plantas por indução do fechamento
estomático (Mata e Lamattina, 2001; Neil et al., 2002). Também o NO exerce função na tolerância de
plantas ao estresse produzido sob condições de elevada temperatura e salinidade (Uchida et al., 2002),
além de estimular a germinação em situações de elevadas concentrações de metais pesados (Kopyra e
Gwózdz, 2003). Assim, pesquisas realizadas com NO têm mostrado um novo e estimulante campo de
estudos da biologia de plantas (Beligni e Lamattina, 2001).
O presente trabalho teve como objetivo avaliar algumas alterações germinação e a bioquímica
em sementes de feijão submetidas a condições de estresse e o efeito do óxido nítrico. Dessa forma no
Capítulo I foi verificado o efeito do óxido nítrico e do alumínio na germinação e no desenvolvimento
dos eixos embrionários de sementes de feijão. Já nos Capítulos II e III, o objetivo foi verificar a
germinação de sementes de feijão submetidas à condição de estresse por alumínio em função do óxido
nítrico ou por estresse por deficiência hídrica, respectivamente, e no Capítulo IV foi investigada a ação
antioxidante do óxido nítrico (NO) em sementes de feijão sob condições de deficiência hídrica.
11
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
12
REVISÃO BILIOGRÁFICA
1. FEIJÃO
1.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS
O feijão, como é conhecido popularmente, pertence à família das leguminosas e ao gênero
Phaseolus, que possui cerca de 55 espécies sendo Phaseolus vulgaris a mais importante por ser a
espécie cultivada mais antiga e mais utilizada nos continentes. Dessas 55 espécies, apenas cinco são
cultivadas: feijoeiro comum (P. vulgaris), feijão de lima (P. lunatus), feijão Ayocote (P. coccineus),
feijão tepari (P. acutifolius) e Phaseolus polyanthus (Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
Existem diversas hipóteses para explicar a origem do feijoeiro, uma delas aponta a existência a
cerca de 7.000 a.C. no México, onde o feijoeiro teria sido domesticado e posteriormente disseminado
para a América do Sul. Por outro lado, achados arqueológicos mais antigos, cerca de 10.000 a.C.,
indicam que o feijoeiro teria sido domesticado na América do Sul e transportado para a América do
Norte. A maioria dos historiadores atribui a disseminação dos feijões no mundo em decorrência das
guerras, uma vez que esse alimento fazia parte essencial da dieta dos guerreiros em marcha (Embrapa
Arroz e Feijão, 2006).
Os feijões estão entre os alimentos mais antigos, remontando aos primeiros registros da história
da humanidade. Eram cultivados no antigo Egito e na Grécia, sendo também cultuados como símbolo
da vida. Os antigos romanos usavam extensivamente feijões nas suas festas gastronômicas, utilizando-
os até mesmo como pagamento de apostas (Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
O feijoeiro se apresenta com sistema radicular formado por uma raiz principal, da qual se
desenvolvem, lateralmente, as raízes secundárias e terciárias. Seu caule é herbáceo, constituído por
eixo principal e uma sucessão de nós e entre-nós. O primeiro nó constitui o dos cotilédones, o segundo
corresponde à inserção das folhas primárias e o terceiro das folhas trifolioladas (Embrapa Arroz e
Feijão, 2006).
Suas flores estão agrupadas em inflorescências compostas de três partes principais: um eixo
composto de pedúnculo e ráquis, as brácteas e os botões florais agrupados em complexos axilares
inseridos no ráquis (Vieira e Rava, 2000). Segundo os mesmos autores, o fruto do feijão é um legume,
deiscente, constituído de duas valvas unidas por duas suturas, uma dorsal e outra ventral. A cor é
característica da cultivar, podendo ser uniforme ou apresentar estrias e variar de acordo com o grau de
maturação, de verde até marrom (Vieira e Rava, 2000).
Quanto à semente, é exalbuminosa, com alto teor de carboidratos e proteínas, constituída
externamente de um tegumento ou testa, hilo, micrópila e rafe e internamente de um embrião formado
pela plúmula, duas folhas primárias, hipocótilo, dois cotilédones e radícula. Pode apresentar diferentes
13
tamanhos e ampla variabilidade de cores (preto, bege, roxo, róseo, vermelho, marrom, amarelo e
branco). O tegumento pode ter uma cor uniforme ou duas, podendo apresentar estrias, manchas ou
pontuações. A grande variabilidade apresentada pelas características externas da semente tem sido
usada para diferenciar e classificar cultivares de feijão em alguns grupos ou tipos distintos, com base na
cor e no tamanho das sementes: Preto, Mulatinho, Carioca, Roxinho, Rosinha, Amarelo, Manteigão,
Branco e outros (Vieira e Rava, 2000; Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
1.2 CULTIVO E PRODUÇÃO
O feijão é um dos mais importantes constituintes da dieta do brasileiro, por ser uma excelente
fonte de proteínas, além de possuir elevado conteúdo de carboidratos e ser rico em ferro. É um dos
produtos agrícolas de maior importância econômico-social, em razão de ser cultivado em grandes áreas
e pela mão-de-obra empregada durante o ciclo de cultura (Vieira et al., 1998).
Considerado como um alimento básico para o brasileiro, o feijão chega a ser um componente
obrigatório na dieta diária da população. A média de consumo de feijão no ano de 2006 foi 12,7
kg/brasileiro/ano. A preferência do consumidor é regionalizada e diferenciada principalmente quanto à
cor e ao tipo de grão (Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
As regiões mais adequadas à produção de sementes de feijão são aquelas que proporcionam
condições climáticas favoráveis ao desenvolvimento da cultura e adversas ao desenvolvimento de
doenças. A identificação de locais que apresentem essas condições requer o estudo das características
climáticas da região (Vieira, 1995).
O Brasil Central, norte de São Paulo, Minas Gerais e zonas do Nordeste brasileiro apresentam
as melhores condições climáticas para a produção de sementes de feijão de alta qualidade. As
condições do Sul do Brasil, com temperaturas mais amenas e alta umidade, exigem dos produtores de
sementes a adoção de um eficiente esquema de manejo e tratamento fitossanitário para a obtenção de
um produto sadio (Meireles et al., 2000).
O feijoeiro comum é cultivado ao longo do ano, na maioria dos estados brasileiros,
proporcionando constante oferta do produto no mercado, sendo cultivado desde cultura de subsistência
em pequenas propriedades até altamente tecnificadas em cultivos empresariais. A Região Sul ocupa
lugar de destaque no cenário nacional, respondendo por 37% da produção, seguida da Região Sudeste
com 31%, Região Nordeste com 16%, Região Centro-Oeste com 13% e da Região Norte com 3%
(Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
No Estado de São Paulo, o feijoeiro é cultivado em três épocas: águas (primeira safra), seca
(segunda safra) e inverno (terceira safra), com a semeadura efetuada em agosto-outubro, janeiro-março
14
e abril-maio respectivamente (Pinzan et al., 1994). Ribeiro (2005), analisando a safra 2004/2005, no
estado de Goiás, verificou que a cultura do feijão irrigado obteve acréscimo de 34,9% em área
cultivada e 6,7% em produtividade, enquanto o feijão de primeira safra, apesar da redução de 22,3%
em área cultivada, obteve um aumento de 79,3% em produtividade. Já a área plantada em 2005/2006
apresentou um aumento de 18,4%, isto é, uma área próxima de 41.900 hectares.
A irrigação desta cultura pode ser realizada de diferentes formas, sendo a de maior preferência
por empresários agrícolas e produtores, a de aspersão, que tem a finalidade de pulverizar o jato de água,
proporcionando a aplicação da irrigação na forma de chuva. Outra forma de irrigação é a realizada por
sulcos, a qual tem sido usada tanto em terras altas como em várzeas sistematizadas e drenadas. Os
sulcos normalmente apresentam a forma de V, com 0,15 a 0,20 m de profundidade e 0,25 a 0,30 m de
largura. O espaçamento entre sulcos depende da textura do solo e do perfil de umedecimento. O
comprimento do sulco é um dos principais fatores do sistema de irrigação. Também existe o método de
subirrigação, no qual a umidade atinge as raízes das plantas por meio da ascensão capilar (Embrapa
Arroz e Feijão, 2006).
A produção mundial dessa leguminosa em 2004 foi de 83,1% e ficou restrita a alguns países:
Brasil, China, Índia e México, sendo que o Brasil contribuído com 23,6% desse total. Estes dados
colocaram o país como o primeiro produtor mundial de feijão. Neste mesmo ano, a produção brasileira
de feijoeiro comum foi de 2,52 milhões de toneladas, em uma área colhida de 2,64 milhões de hectares
composta por aproximadamente 20% do tipo preto e 80% do tipo cores, em que o grupo comercial
carioca participou com 90% (Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
No Paraná a safra 2005/2006 foi de 743,5 mil toneladas, e para 2006/2007 houve uma
estimativa de aumento na produção de 6,3%. O Paraná garantiu cerca de 22,3% da produção brasileira
de feijão, que ficou entre 3,51 e 3,54 milhões de toneladas, segundo a Conab (Companhia Nacional de
Abastecimento) (Agência Estadual de Notícias, 2006).
No Brasil, em relação a safra de feijão de 2007, a área plantada aumentou em até 2,5% em
relação à safra passada, quando foram cultivados 4,22 milhões de hectares (Agência Estadual de
Notícias, 2006).
2. GERMINAÇÃO DE SEMENTES SOD CONDIÇÕES DE ESTRESSE
Quando são coletados os frutos, as sementes presentes permanecem em estado de repouso com
atividade metabólica mínima até encontrarem condições propícias para iniciarem a germinação
(Popinigis, 1985).
15
A germinação é a retomada da atividade metabólica e crescimento pelos tecidos da semente,
envolvendo reidratação, utilização de reservas nutritivas e o gradual desenvolvimento de sistemas
sintetizantes, os quais permitem, à jovem planta, assumir uma existência autotrófica. O processo
germinativo é endergônico e não espontâneo, necessitando da contribuição de energia do exterior
(Carvalho e Nakagawa, 2000).
O processo de germinação ocorre pela ação de vários fatores externos, que incluem a
temperatura, a água e o oxigênio, como também o resultado de complexas mudanças que ocorrem no
interior da semente. A primeira etapa na seqüência de eventos da germinação é a embebição, um tipo
de difusão que ocorre quando as sementes absorvem água. A limitação de água pode diminuir a
velocidade da germinação ou até impedi-la (Vieira, 2000).
Quando a semente inicia seu processo germinativo absorve água, ocorrendo hidratação dos
tecidos e hidrólise das substâncias de reserva (Carvalho e Nakagawa, 2000). A primeira estrutura a
emergir da semente é a radícula, ou raiz embrionária, que possibilita a fixação no solo e assegura a
continuidade do processo de absorção de água (Vieira, 2000).
O nível de hidratação das sementes, necessário para desencadear o processo germinativo pode
atingir valores como 32-35%, em sementes de milho, ou 48-50% como o requerido pelo feijão (Shioga,
1990).
As condições hídricas do solo são de grande importância para a absorção de água pelas
sementes, no entanto outro fator que controla a entrada de água nas sementes é a sua composição
química e a permeabilidade do tegumento (Bradford, 1990).
Para os fisiologistas, a germinação começa com o processo de embebição e termina quando tem
início o crescimento da plântula, evidenciado com a emissão da raiz primária. Já para os tecnologistas
de sementes, esta é considera germinada somente quando for capaz de apresentar crescimento após a
emissão da raiz primária, ou seja, produzir uma plântula normal (Vieira, 2000).
2.1 GERMINAÇÃO: DEFICIÊNCIA HÍDRICA
Durante o período de formação e maturação das sementes, a água apresenta importante função,
atuando inicialmente na expansão e divisão celular e, posteriormente, como veículo para os produtos da
fotossíntese que farão parte dos tecidos da semente ou que serão armazenados para futura utilização nas
fases iniciais da germinação (Barbedo e Marcos-Filho, 1997).
A disponibilidade e a velocidade do fluxo de água para a semente são determinadas pela
diferença de potencial hídrico entre a semente e o solo (Villela et al., 1991). Alterações não acentuadas
na atividade metabólica das sementes, de acordo com o conteúdo de água, são provavelmente
16
associadas a mudanças nas atividades físicas da água, dessa forma estudos tem sugerido associações
entre níveis críticos de água e alterações na atividade metabólica (Villela, 1998).
A hidratação controlada vem sendo utilizada em leguminosas e pode ser efetuada mediante
exposição das mesmas à atmosfera controlada, embebição em substrato úmido ou imersas em soluções
osmóticas, podendo ser realizada continuamente até níveis de umidades programados ou em ciclos de
hidratação e secagem (Powell, 1998).
Dessa forma estudos voltados para o conhecimento do comportamento das sementes em
situação de deficiência hídrica vêm recebendo destacada atenção e para simular essa condição a
solução que mais vem sendo utilizada é a de polietileno glicol (PEG), um polímero de elevado peso
molecular e difícil absorção, que não penetra pelas paredes celulares e não apresenta sinais de
toxicidade (Knypel e Khan, 1981; Steuter et al., 1981; Braccini et al., 1996; Moraes e Menezes, 2003).
Em trabalhos onde as concentrações da solução de PEG variaram de -0,30 a -0,60 MPa, houve
redução da germinação e da formação de plântulas em formação e em desenvolvimento e, de forma
geral na manifestação do vigor das sementes de feijão e soja (Braccini et al., 1996; Moraes e Menezes,
2003; Pertel et al., 2003).
Em condição de umidade abaixo do exigido pela cultura pode ocorrer redução da atividade
enzimática, como detectado pela baixa germinação de sementes e da velocidade em que ela ocorre
(Bewley e Black, 1994).
Outro problema observado pela falta de água é a quebra do equilíbrio oxidativo/redutivo em
várias organelas celulares, como os cloroplastos, e dessa forma o declínio na funcionalidade dessa
estrutura, leva à geração de espécies reativas de oxigênio (Nepomuceno et al., 2001).
A deficiência hídrica em plantas inicia um conjunto de processos, começando com a percepção
do estresse, o qual desencadeia uma cascata de eventos moleculares que é finalizada em vários níveis
de respostas fisiológicas, metabólicas e de desenvolvimento (Moraes et al., 2005).
2.2 GERMINAÇÃO: ALUMÍNIO
Os metais pesados presentes no solo são originados a partir das rochas que os contêm em sua
composição (Melo et al., 1997). Porém, em virtude do crescente emprego de fertilizantes e pesticidas
nas culturas agrícolas, aliados ao aumento das atividades industriais e de mineração, os metais pesados
são responsáveis pela contaminação do solo, cursos de água e lençol freático (Malavolta, 1994).
O alumínio é o metal mais abundante da crosta da terra, compreendendo aproximadamente
7,5% de seu peso (Echart e Cavalli-Molina, 2001). Ele ocorre em diferentes formas no solo e parte da
17
dificuldade em estudar os processos que ocorrem nas plantas, decorrentes da ação deste metal, pode ser
atribuída à complexa química do mesmo.
Este elemento causa problemas em 30-40% das terras cultiváveis do planeta, mais comumente
nos trópicos, onde os solos são ácidos. Em solos não-ácidos o alumínio está preso em compostos
insolúveis, mas em solos ácidos ele torna-se solúvel, é absorvido pelas raízes e inibe o crescimento.
Além disso, ele possui efeito tóxico direto sobre o metabolismo vegetal (Raven et al., 2001).
Na maioria dos solos brasileiros, o teor de alumínio é elevado, o que limita o desenvolvimento
do sistema radicular e, conseqüentemente, reduz a absorção, transporte e utilização dos nutrientes,
diminuindo a produtividade das culturas (Silva et al., 1984).
Problemas de acidificação do solo podem ser corrigidos por calagem, entretanto, a aplicação de
calcário na superfície do solo não soluciona os problemas de acidez nas camadas inferiores e a calagem
a grandes profundidades geralmente não é possível por apresentar problemas técnicos e econômicos
(Echart e Cavalli-Molina, 2001). Para os mesmos autores, no que se refere aos efeitos na agricultura,
pode-se salientar que os resíduos de fertilizantes a base de nitrogênio-fósforo-potássio e materiais
nitrogenados são fontes de acidez.
Quando presente em concentrações moderadas, o alumínio pode causar a inibição do
crescimento e da divisão celular, refletindo na regulação interna dos processos de crescimento e
desenvolvimento da planta (Marschner, 1986).
Algumas hipóteses apontam a ação do alumínio na inibição do fluxo de íons, ruptura da
membrana plasmática, inibição do sinal de transdução e alteração da estrutura do citoesqueleto (Tamás
et al., 2004). Também pode afetar a fluidez da membrana plasmática, por alterar o ambiente químico
dos lipídios e por formar ligações entre as regiões polares dos fosfolipídios (Zhao et al., 1987),
causando enrijecimento e levando a uma ampla série de alterações relacionadas à função das enzimas
que atuam na membrana plasmática (Echart e Cavalli-Molina, 2001). Nas sementes pode reduzir a
germinação, exercendo influências decisivas sobre o metabolismo das mesmas (Cruz et al., 1995).
Estudos sobre os efeitos isolados do estresse hídrico ou da toxicidade do alumínio influenciando
a germinação de sementes são pouco relatados na literatura e as informações sob efeito concomitante
de estresse hídrico e alumínio são praticamente escassas, necessitando ainda de estudos mais
detalhados (Zaifnejad et al., 1997).
18
3. ESTRESSE OXIDATIVO
De 2 a 5% do oxigênio presente nos organismos é reduzido, processo em que uma molécula
recebe apenas um elétron, o qual vai ocupar um dos orbitais externos, ao mesmo tempo em que o outro
continua não emparelhado, produzindo intermediários altamente reativos, denominados Espécies
Reativas de Oxigênio – ERO (Leite e Sarni, 2003; Kuss, 2005), representado pelo peróxido de
hidrogênio (H
2
O
2
), oxigênio singleto (O
2
•-
) e o mais poderoso oxidante, o radical hidroxila (OH
•
)
(Halliwell e Gutteridge, 1984).
A presença de elétrons não pareados no átomo ou na molécula aumenta a sua reatividade
química. Além disso, essa característica confere-lhes grande instabilidade, por tenderem a acoplar o
elétron não pareado com um outro que esteja presente em estruturas próximas à sua formação,
comportando-se como receptores (oxidantes) ou como doadores (redutores) de elétrons (Leite e Sarni,
2003).
Um elétron desemparelhado pode se associar com átomos isolados (hidrogênio ou íons
metálicos), ou ainda com moléculas (açúcares, proteínas, lipídeos, DNA), o que resulta em um
processo de relevância biológica (Slater, 1984; Kuss, 2005).
Diversas situações de estresse alteram o estado de oxigênio da célula da planta e levam à
formação da maioria das EROs. Quando presente em quantidades relativamente baixas, as EROs e
especialmente peróxido de hidrogênio podem agir como sinais para a ativação de respostas de defesa
contra o estresse (Levine et al., 1994; Low e Mérida, 1996). Porém, quantidades mais elevadas de ERO
produzidas de forma não controlada, causam severas injúrias como degradação de clorofila,
fragmentação do DNA, extravasamento de íons, peroxidação de lipídios e, finalmente, morte celular,
causando estresse oxidativo (Scandalios, 1993; Smirnoff, 1993; Dodge, 1994; Foyer et al.,1994;
Thérond et al., 2000).
A resposta das plantas ao estresse oxidativo esta relacionada ao aumento da produção e ativação
de metaloenzimas, como a catalase (CAT), a superoxido dismutase (SOD) (Bowler et al., 1992;
Scandalios, 1993; Salt, 2001) e as peroxidases (POD) (Cakmak e Horst, 1991; Campa, 1991; Knörzer
et al., 1996; Salt, 2001). A formação de lipoperóxidos, que é uma das conseqüências da produção de
ERO, é um indicador utilizado para se avaliar nas plantas o nível de estresse oxidativo presente (Verma
e Dubey, 2003).
Além disso, fontes distintas, bióticas ou abióticas, parecem ser responsáveis pela produção de
ERO sob as diferentes condições de estresse, como poluentes atmosféricos, herbicidas e metais, além
de elevada temperatura e radiação (Smirnoff, 1993; Beligni e Lamattina, 1999c; Ghezzi e Bonetto,
2003; Apel e Hirt, 2004; Foyer e Noctor, 2005; Gechev et al., 2006).
19
3.1 PEROXIDASE (PODs, EC 1.11.1.7)
O termo peroxidase inclui o grupo de enzimas capazes de catalisar a oxidação de componentes
celulares, tais como peróxido de hidrogênio ou peróxidos orgânicos (Kvaratskhelia et al., 1997; Rossi e
Lima, 2001). Elas existem em uma variedade de isoformas, que usam vários redutores e estão
localizadas em diferentes compartimentos celulares (Campa, 1991).
As peroxidases encontram-se amplamente distribuídas nos vegetais, exercendo importantes
funções no crescimento, processo de diferenciação e desenvolvimento celular (Menezes et al., 2004).
Outras funções estão associadas a estas enzimas, como a lignificação da parede celular, oxidação do
ácido indol acético e do etileno e participação no processo de dormência das sementes, sendo que em
alguns casos o seu efeito pode ser acentuado quando associado a fatores bióticos e abióticos (Bewley e
Black, 1994). Talvez, as peroxidases sejam as únicas enzimas que polimerizam os álcoois em lignina
(Rodrigues et al., 2002).
De acordo com Siegel (1993) a atividade da peroxidase é freqüentemente aumentada em
resposta ao estresse, pois a proteção celular contra reações oxidativas é uma das principais funções
dessa enzima. O aumento da atividade das PODs é uma resposta metabólica relacionada a diferentes
tipos de estresses (Cakmak e Horst, 1991; Anderson et al., 1995; Zhang e Kirkham, 1996; Jiménez et
al., 1998).
As peroxidases funcionam como uma espécie de termômetro geral das atividades fisiológicas da
planta, pois suas atividades são altamente influenciadas pelas condições externas, tais como infecções
(Menezes et al., 2004).
Gaspar et al. (1986) afirmou que a peroxidase parece ser a molécula chave de adaptação das
plantas, ou de algum de seus órgãos separadamente, às mudanças do meio ambiente. De acordo com
Markkola et al. (1990), a atividade dessa enzima em tecidos vegetais é usada como um indicador não
específico de estresse causado por agentes poluentes, como metais pesados. A indução da atividade da
peroxidase foi detectada como resposta em plantas em relação a elevados teores de metais, tais como
zinco, cádmio, cobre, níquel e chumbo o que pôde ser observado tanto na parte aérea, como nas raízes
(Van Assche e Clijsters, 1990; Rossi e Lima, 2001).
3.2 SUPERÓXIDO DISMUTASE (SODs, EC 1.15.1.1)
As SODs são ubíqüas nos organismos aeróbicos e são responsáveis pela eliminação do radical
superóxido (O
2
•-
), catalisando sua dismutação para formar o peróxido de hidrogênio (H
2
O
2
) (Bowler et
al., 1992). A dismutação é vital para proteger as células da injúria oxidativa, visto que o radical
superóxido
pode reagir com o peróxido de hidrogênio para formar radical hidroxila (OH) que é
20
altamente reativo. Entretanto, o peróxido de hidrogênio é um subproduto tóxico do metabolismo
oxidativo e é posteriormente convertido ou utilizado pelas peroxidases (Bartosz, 1997; Scandalios,
2001). Inicialmente a SOD foi descrita por alguns autores como uma proteína que possuía cobre na sua
constituição, mas nenhuma atividade catalítica lhe havia sido atribuída (Kuss, 2005).
Existem tipos diferentes de SODs que variam de acordo com o metal e a localização. As que
contêm cobre e zinco são denominadas de superóxido dismutases cobre-zinco dependente (CuZnSOD),
encontradas no citoplasma e nos cloroplastos, sendo formas muito estáveis e que parecem estar
presentes em praticamente todas as células eucarióticas (plantas ou animais). Há ainda, a superóxido
dismutase dependente do manganês (MnSOD) encontrada nas mitocôndrias e a dependente de ferro
(FeSOD), que se encontra nos cloroplastos (Kuss, 2005).
Enzimas como a superóxido dismutase e a glutationa S-transferase (GST, EC 2.5.1.18)
desempenham ações relevantes no metabolismo celular normal, na desintoxicação de ampla variedade
de compostos xenobióticos e na defesa contra substâncias oxidantes (Alves et al., 2003).
Na tentativa de eliminação dos radicais superóxido formados sob condições de adversidades, as
plantas apresentam mecanismos de defesa, por meio do aumento da atividade da SOD,
correlacionando-se ao aumento da tolerância ao estresse (Tsang et al., 1991; Gupta et al., 1993;
Scandalios, 1993; Mazhoudi et al., 1997).
3.3 LIPOPERÓXIDOS
A formação de lipoperóxidos, que é uma das conseqüências da produção elevada de ERO, é um
indicador utilizado para se avaliar nas plantas o nível de estresse oxidativo gerado (Verma e Dubey,
2003). A importância das ERO em causar alterações nos lipídios tem levado a numerosas pesquisas
para determinar o melhor marcador em tecidos e fluidos biológicos (Thérond et al., 2000).
A peroxidação lipídica é o processo por meio do qual as ERO reagem com os ácidos graxos
polinsaturados dos fosfolipídios das membranas das células, desintegrando-os e permitindo a entrada
dessas espécies reativas nas estruturas intracelulares. As fosfolipases, ativadas pelas espécies tóxicas
desintegram os fosfolipídios, liberando os ácidos graxos não saturados (Halliwell e Gutteridge, 1989),
resultando em ações deletérias dos peróxidos lipídicos, tais como, ruptura das membranas celulares
(bombas NA/K e Ca/Mg), mutações do DNA, oxidação dos lipídios insaturados, entre outros. Os
peróxidos lipídicos possuem poder de ação maior do que as outras espécies tóxicas primárias de
oxigênio (O
2
•-
, H
2
O
2
, OH), atingindo facilmente alvos mais distantes (Kuss, 2005).
21
Aumentos dos teores de lipoperóxidos foram relatados em plantas submetidas a severo estresse
hídrico (Baisak et al., 1994), altas temperaturas (Becana et al., 2000), radiação UV (Malanga e
Puntarulo, 1995) e toxidez por cádmio e zinco (Prasad et al., 1999; Shah et al., 2001).
O grau de deterioração das sementes está associado a concentração de exsudatos das sementes
na solução, e estes são o reflexo da degradação das membranas (Santos et al., 2005). É válido ressaltar
que, conforme Powell e Matthews (1977) e Delouche (2002), os danos nas membranas são os eventos
iniciais das alterações degenerativas nas sementes. De forma geral, essas modificações ativam
complexos enzimáticos, que iniciam uma cascata de eventos moleculares e que levam à indução da
expressão de várias categorias de genes (Hare et al., 1996; Nepumoceno et al., 2001).
4. EFEITO DO ÓXIDO NÍTRICO NA GERMINAÇÃO
O óxido nítrico (NO) é um radical livre gasoso lábil sintetizado a partir da L-arginina por ação
da óxido nítrico sintetase (NOS) (Beligni e Lamattina, 1999c; Leite e Sarni, 2003). Em mamíferos essa
molécula esta distribuída intra e intercelularmente com um grande espectro de funções reguladoras de
processos fisiológicos, sendo importante como neurotransmissor, atuando na memória. Possui também
ação na imunorregulação, presente nos mecanismos de autoimunidade, além de atuar no relaxamento
dos vasos sanguíneos e músculo liso, nos sistemas cardiovascular, bronco-pulmonar e renal (Moncada
et al., 1991; Schmidt e Walter, 1994; Jeffrey e Synder, 1995; Lloyd-Jones e Bloch, 1996; Wink e
Mitchell, 1998; Ignarro, 2000; Zilberstein e Flora, 2000).
Embora a presença do NO em plantas tenha sido conhecida há pouco tempo (Gouvêa et al.,
1997; Leshem, 1996, 1998) e algumas de suas funções ainda não tenham sido totalmente esclarecidas,
evidencia-se sua participação em vários processos fisiológicos vegetais.
Desde a sua descoberta o NO é considerado tanto como citoprotetor quanto citotóxico, de
acordo com a concentração (Stamler, 1994; Beligni e Lamattina, 1999a; Leite e Sarni, 2003). A
citoproteção está baseada na sua capacidade de regular o nível e a toxicidade das EROs (Halliwell e
Gutteridge, 1984), podendo proteger do dano celular, isto é, possui a capacidade de eliminar ERO e,
desse modo, finalizar as reações propagadas em cadeia (Wink, et al., 1993; Beligni e Lamattina,
1999a). Dessa forma, o NO pode exercer uma ação protetora contra o estresse oxidativo provocado por
um aumento da concentração de radicais superóxido, peróxido de hidrogênio e peróxidos alquilas
(Wink et al., 1995).
Os efeitos citoprotetores do NO em plantas foram relatados sob fortes condições oxidativas
durante estresses bióticos e abióticos, até mesmo sob situações fotooxidativas. A citoproteção contra
danos oxidativos foi claramente observada em diferentes níveis de organização, tais como, cultura
22
celular, tecido, órgão e planta inteira. Também, o NO exerce ação sobre todas as macromoléculas
testadas, DNA, RNA, proteínas, clorofila e lipídios (Beligni e Lamattina, 1999b, 1999c, 2002).
Outras funções vêm sendo atribuídas ao NO em plantas, como a atuação nos processos de
defesa, de neutralização na vazão de íons e da fragmentação de DNA, que pode ocorrer pela ação de
EROs (Kopyra e Gwózdz, 2003). Diversos estudos têm também demonstrado que o NO pode atuar
como um antioxidante por impedir reações de peroxidação de lipídios (Hogg et al., 1993; Rubbo et al.,
1994).
Inúmeros trabalhos identificam a função do NO na resposta imune das plantas, onde ele
participa como um sinal da defesa contra ataque de patógenos (Noritake et al., 1996; Delledonne et al.,
1998; Durner et al., 1998; Van Camp et al., 1998; Durner e Klessig, 1999; Klessig et al., 2000;
Delledonne et al., 2001; Wendehenne et al., 2001; Neil et al., 2003; Romero-Puertas e Delledonne,
2003). Também é evidenciada sua participação na regulação da expressão de proteínas relacionadas à
patogênese e da enzima fenilalanina amônia liase, ambas envolvidas na morte celular programada e em
respostas planta-patógeno (Durner et al., 1998).
A função protetora do NO contra situações de estresses abióticos também tem sido relatada,
detectando-se aumento na tolerância à seca de algumas espécies de plantas por indução do fechamento
estomático (Mata e Lamattina, 2001; Neil et al., 2002).
O NO pode também regular processos relacionados ao crescimento e desenvolvimento de
plantas (Neil et al., 2002). Nas sementes ele atua na indução do processo germinativo (Beligni e
Lamattina, 2000; Bethke et al., 2004) e inibição da respiração após a embebição, sendo que na raiz
promove o alongamento e formação das raízes adventícias (Beligni e Lamattina, 2001).
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36
CAPÍTULO I
GERMINAÇÃO DE SEMENTES DE FEIJÃO (Phaseolus vulgaris L.):
EFEITO DO ÓXIDO NÍTRICO E DO ALUMÍNIO
37
RESUMO - O presente trabalho teve como objetivo verificar o efeito do óxido nítrico (NO) e do
alumínio na germinação e no desenvolvimento dos eixos embrionários de sementes de feijão. O
trabalho foi dividido em dois experimentos, sendo que no primeiro foram testadas concentrações de
nitroprussiato de sódio (SNP), solução utilizada como doadora de NO de 50, 100, 250, 500, 750, 1000,
1250 e 1500 µmol.L
-1
. No segundo experimento foram testadas diferentes concentrações de sulfato de
alumínio de 5, 10, 15, 20, 30, 40 e 50 mmol.L
-1
. Como controle dos experimentos foi utilizado água
destilada. Os experimentos foram avaliados pelo teste de germinação (24, 48, 72 e 96 h) e a massa
fresca dos eixos embrionários, após 96 h do inicio deste teste. A concentração da solução de SNP 250
µmol.L
-1
proporcionou aceleração do processo germinativo e as concentrações da solução de sulfato de
alumínio 40 e 50 mmol.L
-1
causaram atraso deste processo, sendo esses comportamentos mais
evidentes 48 h após a instalação dos experimentos. As concentrações de SNP 50 a 750 µmol.L
-1
proporcionaram incremento na massa fresca dos eixos embrionários, por meio do alongamento celular.
Já o sulfato de alumínio causou redução da massa fresca dos eixos embrionários, sendo este efeito mais
pronunciado com o aumento das concentrações das soluções. Dessa forma o NO e o alumínio possuem
efeito sobre a germinação de sementes de feijão, acelerando e atrasando esse processo respectivamente,
além de exercer efeito sobre a massa fresca dos eixos embrionários.
Palavras-chave: óxido nítrico, alumínio, germinação, Phaseolus vulgaris.
38
ABSTRACT – The present work aimed at verifying nitric oxide (NO) and aluminum effects on growth
the embryonic axes on bean seeds germination. It was divided into two experiments: The first tested
different concentrations (50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1250 and 1500 µmol.L
-1
) of sodium
nitroprusside (SNP), which was employed as a NO-donor solution. The second experiment tested
different concentrations (5, 10, 15, 20, 30, 40 and 50 mmol.L
-1
) of aluminum sulfate. Distilled water
was used as control. Experiments were evaluated for using the germination test (24, 48, 72 and 96 h)
and the growth of embryonic axes were evaluated by obtaining the fresh mass of the latter 96 h of
germination test. The SNP solution concentration that accelerated germination process were 250
µmol.L
-1
and concentration the aluminum sulfate that significantly delayed the 40 and 50 mmol.L
-1
,
such effects were more evident 48 h after the beginning of the experiments. Concentration the SNP 50 -
750 µmol.L
-1
, embryonic axes fresh mass increased, arrives the alignment cell. Since aluminum sulfate
reduced the embryonic axes fresh mass and such effect was more pronounced with increasing
concentrations. Thus, NO and aluminum can influence bean seeds germination, accelerating and
delaying it, respectively, besides practice effect such in .fresh mass of embryonic axes.
Keywords: nitric oxide, aluminum, germination, Phaseolus vulgaris.
39
INTRODUÇÃO
O feijão, como é conhecido popularmente, pertence à família das leguminosas e ao gênero
Phaseolus, que possui cerca de 55 espécies, sendo que o Phaseolus vulgaris recebe destacada atenção
por ser a espécie cultivada mais antiga e mais utilizada em todos os continentes. Seu fruto é um
legume, deiscente, constituído de duas valvas unidas por suturas, uma dorsal e outra ventral; possui
semente exalbuminosa, com elevado teor de carboidratos e proteínas, apresentando ampla variabilidade
de cores (Vieira e Rava, 2000; Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
A cultura do feijoeiro envolve grande área de produção, sendo que na maioria das vezes é
desenvolvida por pequenos agricultores (Vieira et al., 1998). No Brasil, o feijão é cultivado de Norte a
Sul, em diferentes épocas e variados sistemas de cultivo.
Depois de realizada a colheita dos frutos, as sementes permanecem em estado de repouso com
atividade metabólica mínima até encontrarem condições propícias para iniciarem a germinação
(Popinigis, 1985). Quando a semente inicia seu processo germinativo ocorre absorção de água,
hidratação dos tecidos e hidrólise das substâncias de reserva (Carvalho e Nakagawa, 2000) e a primeira
estrutura a emergir da semente é a radícula, ou raiz embrionária, que possibilita a fixação no solo e
assegura a continuidade do processo de absorção de água (Vieira, 2000).
A qualidade fisiológica das sementes é máxima por ocasião da maturidade fisiológica. A partir
deste momento, processos degenerativos de natureza física, fisiológica ou bioquímica começam a
ocorrer, caracterizando a deterioração, que é evidenciada pela perda da integridade do sistema de
membranas, peroxidação de lipídios e acúmulo de substâncias tóxicas entre outros (Santos et al., 2004).
Os metais pesados no solo são originados a partir das rochas que os contêm em sua composição
(Melo et al., 1997) ou em virtude do crescente emprego de fertilizantes e pesticidas nas culturas
agrícolas, aliados ao aumento das atividades industriais e de mineração, sendo responsáveis pela
contaminação do solo, cursos de água e lençol freático (Malavolta, 1994).
O alumínio é um metal pesado que limita a produtividade das plantas (Custódio et al., 2002) e
sua disponibilidade é uma conseqüência da acidez do solo, conduzindo ao aparecimento da forma
trocável (Marin et al., 2004), que pode reduzir a germinação, influenciando o metabolismo das
sementes (Cruz et al., 1995).
Estudos com o óxido nítrico (NO) têm mostrado sua ação tanto como citoprotetor, quanto
citotóxico, de acordo com a concentração (Stamler, 1994; Beligni e Lamattina, 1999a; Leite e Sarni,
2003). Embora sua presença em plantas tenha sido conhecida somente há pouco tempo (Leshem, 1996;
Gouvêa et al., 1997, Leshem et al., 1998) e algumas de suas funções ainda não tenham sido totalmente
esclarecidas, observa-se que o NO participa em vários processos fisiológicos vegetais.
40
Inúmeros trabalhos identificaram a função do NO na resposta de defesa das plantas, onde ele
atua como um sinalizador ao ataque de patógenos (Noritake et al., 1996; Delledonne et al., 1998;
Durner et al., 1998; Van Camp et al., 1998; Durner e Klessig, 1999; Klessig et al., 2000; Delledonne et
al., 2001; Wendehenne et al., 2001; Neil et al., 2003; Romero-Puertas e Delledonne, 2003). Também
pode regular processos relacionados ao crescimento e desenvolvimento de plantas. Nas sementes ele
atua na indução do processo germinativo (Beligni e Lamattina, 2000; Neil et al., 2002; Bethke et al.,
2004) e inibição da respiração após a embebição, sendo que no sistema radicular promove o
alongamento e formação das raízes adventícias (Beligni e Lamattina, 2001).
O NO exerce função na tolerância de plantas ao estresse produzido sob condições de elevada
temperatura e salinidade (Uchida et al., 2002), além de estimular a germinação em situações de
elevadas concentrações de metais pesados (Kopyra e Gwózdz, 2003).
Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo verificar o efeito do óxido nítrico e do
alumínio na germinação e no desenvolvimento dos eixos embrionários de sementes de feijão.
41
MATERIAL E MÉTODOS
Local e Material Vegetal
O presente trabalho foi conduzido no Laboratório de Xenobióticos do Departamento de
Química e Bioquímica do Instituto de Biociências da UNESP-Câmpus Botucatu, São Paulo, Brasil.
Foram utilizadas no trabalho sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) do cultivar BRS
Radiante, cedidas pela Embrapa Arroz e Feijão – Santo Antônio de Goiás – GO, da Safra de 2004,
recebidas em Fevereiro de 2005, cuja caracterização inicial do lote resultou em 84% de sementes
germinadas.
Experimento 1: Efeito do óxido nítrico na germinação
Foi utilizada nesta pesquisa solução de nitroprussiato de sódio (SNP), que é doadora de NO, nas
concentrações de 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1250 e 1500 µmol.L
-1
, baseado no trabalho de Kopyra e
Gwózdz (2003) e água destilada como controle.
Experimento 2: Efeito do alumínio na germinação
Foram utilizadas neste experimento solução de sulfato de alumínio nas concentrações de 5, 10,
15, 20, 30, 40 e 50 mmol.L
-1
e água destilada como controle.
Condução dos experimentos e avaliações
Teste de germinação e Massa fresca dos eixos embrionários
Foram utilizadas 4 repetições de 25 sementes de feijão distribuídas sobre duas folhas de papel
germitest e cobertas com uma terceira folha, formando-se rolos de papel. As folhas de papel foram
previamente umedecidas com as soluções dos diferentes tratamentos. O volume (mL) das soluções
utilizadas foi na proporção de duas vezes e meia o peso (g) do papel germitest seco e os rolos foram
acondicionados em bandejas plásticas, cobertas com plástico filme transparente com perfurações e
mantidos em câmaras de germinação (BOD) na temperatura de 25 ºC, na ausência de luz (Brasil, 1992).
As avaliações do teste de germinação foram realizadas diariamente (24, 48, 72 e 96 h), sendo
consideradas germinadas as sementes que apresentaram emissão de radícula e comprimento da raiz
primária maior ou igual a 2 mm (Duran e Tortosa, 1985). No final deste teste (96 h após instalação do
teste de germinação), foram coletados os eixos embrionários das 25 sementes, sem os cotilédones, para
obtenção da massa fresca dos mesmos, expressa em grama.
42
Delineamento Experimental
Adotou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado. Para os dados de germinação
foi utilizado esquema fatorial 9x4, ou seja, 9 concentrações de SNP e 4 leituras de germinação e
esquema fatorial 8x4, ou seja, 8 concentrações de sulfato de alumínio e 4 leituras de germinação. Para
os dados de massa fresca dos eixos embrionários (96 h após o inicio do teste de germinação) foi feita
comparação das médias das diferentes concentrações de SNP ou das concentrações de sulfato de
alumínio. Os dados foram submetidos a análise de variância, pelo teste F e as médias comparadas pelo
teste Tukey a 5% de probabilidade (Vieira e Hoffman, 1989). Os dados em porcentagem foram
transformados em arcsen
100/x . As análises foram realizadas no programa estatístico SISVAR
(Ferreira, 2000).
43
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1 encontram-se os resultados de análise de variância da germinação e da massa
fresca dos eixos embrionários de sementes de feijão submetidas aos tratamentos de SNP (Experimento
1) e sulfato de alumínio (Experimento 2), onde foi verificar diferença significativa nestas variáveis.
Tabela 1: Valores de F obtidos na análise de variância dos dados referentes a germinação, leituras
diárias (24, 48, 72 e 96 h) e a massa dos eixos embrionários, coleta após 96 h da instalação do teste de
germinação, obtidos de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, submetidas aos tratamentos de SNP (0,
50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1250, 1500 µmol.L
-1
), Experimento 1, e sulfato de alumínio (0, 5, 10,
20, 30, 40, 50 mmol.L
-1
), Experimento 2.
Experimento 1
F
Fatores Germinação Massa dos eixos
SNP(A) 5,722** 9,501**
Leituras/Coleta (B) 2193,103** -----
A x B 4,863** -----
CV % 9,48 10,86
DMS 1,44 1,27
** significativo a 1% de probabilidade.
Experimento 2
F
Fatores Germinação Massa dos eixos
Sulfato de alumínio (A) 11,237** 67,280**
Leituras/Coleta (B) 4411,416** -----
A x B 4,131** -----
CV % 7,68 9,77
DMS 4,38 0,52
** significativo a 1% de probabilidade.
Na Tabela 2, comparando os resultados apresentados entre as concentrações de SNP, para cada
leitura de germinação, nenhum dos tratamentos, nas primeiras 24 h, apresentou protusão da raiz
primária, no entanto decorridas 48 h torna-se visível o rompimento do tegumento e a exposição da raiz
primária da semente em todos os tratamentos. No tratamento com concentração de SNP 250 µmol.L
-1
foi alcançado valores de 51%, valor superior ao tratamento controle e que indicou aceleração da
germinação, enquanto que nas concentrações de SNP superiores a esta, ocorreu atraso de forma
progressiva, sendo mais evidente 48 h após a instalação do experimento, porém os resultados indicam
que essas elevadas concentrações não impediram o prosseguimento do processo germinativo. Nos
44
períodos subseqüentes, 72 e 96 h, observou-se que o processo germinativo é concluído nas diferentes
concentrações de SNP, sendo indicado pelos elevados valores de germinação. Os resultados mostram
que as sementes de feijão conseguiram estabelecer o processo germinativo independente da
concentração de SNP utilizada, sendo que na concentração de SNP 250 µmol.L
-1
ocorreu aceleração da
velocidade de germinação, enquanto concentrações superiores a essa atrasaram o processo.
Tabela 2. Germinação (%) de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, submetidas a soluções de
diferentes concentrações de SNP (µmol.L
-1
).
Germinação
SNP
24 h 48 h 72 h 96 h
0 (controle)
0 aC 30 bcB 89 bA 96 bA
50
0 aC 49 aB 93 abA 100 aA
100
0 aC 37 abB 95 abA 99 abA
250
0 aC 51 aB 98 aA 100 aA
500
0 aC 35 abcB 95 abA 100 aA
750
0 aC 33 abcB 95 abA 100 aA
1000
0 aC 24 bcB 94 abA 100 aA
1250
0 aC 21 cB 98 abA 100 aA
1500
0 aC 20 cB 99 aA 100 aA
Médias seguidas de mesma letra, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem entre si pelo teste Tukey a 5%
de probabilidade.
Os resultados apresentados da ação do NO sobre a germinação no presente trabalho são
concordantes com a literatura. Em pesquisas pioneiras referentes a este assunto foi considerado por
Beligni e Lamattina (2001) que o NO atua como um indutor do processo germinativo. Em outros
trabalhos foi evidenciado que o NO estimulou a germinação de arroz por simulação do efeito da luz
(Hung et al., 2002) e induz a quebra de dormência em sementes de Emmenathe penduriflora (Keeley e
Fortheringham, 1997).
Sarath et al. (2006) verificaram que a germinação de sementes de Panicum virgatum L. foi
significativamente influenciada pelo NO e relataram que ele poderia agir como desencadeador
endógeno para a quebra de dormência desta espécie. Também foi verificado que o NO reduz a
dormência de sementes de Arabidopsis (Batak et al., 2002; Bethke et al., 2004), cevada (Bethke et al.,
2004), alface (Beligni e Lamattina, 2000) e Paulonia tomentosa (Giba et al., 1998).
45
Kopyra e Gwózdz (2003) observaram aumento da porcentagem de germinação de sementes de
tremoço-amarelo (Lupinus luteus), sob efeito do NO no início da embebição e também detectaram que
até próximo a concentração de SNP 400 µmol.L
-1
ocorre um favorecimento do processo germinativo.
No entanto, nas concentrações superiores de SNP (600-1000 µmol.L
-1
) a germinação foi afetada
negativamente.
Em relação às massas dos eixos embrionários (Tabela 3), foi observado que as concentrações de
SNP 50 a 750 µmol.L
-1
apresentaram resultados muito semelhantes entre si, e apenas a concentração de
SNP 1500 µmol.L
-1
apresentou menor incremento de massa. Esse comportamento semelhante entre as
concentrações foi atribuído a presença do NO, que pode ocasionar alongamento celular em plantas,
visto que a velocidade de germinação para esses tratamentos foi diferente quando analisamos o
processo germinativo (Tabela 2).
De acordo com Gouvêa et al. (1997) e Beligni e Lamattina (2001) o NO ou compostos que o
liberam estão envolvidos no desenvolvimento das raízes, sendo que induzem o alongamento celular de
modo similar à auxina. Um aumento na concentração de NO foi indicado como responsável pelo
desenvolvimento de raízes adventícias induzido por ácido indol acético (Pagnussat et al., 2002),
sugerindo assim que o NO poderia mediar a resposta de auxina neste processo.
Tabela 3. Massa fresca dos eixos embrionários (g) obtidos de 25 sementes de feijão, CV. BRS
Radiante, submetidas a soluções de diferentes concentrações de SNP (µmol.L
-1
), após 96 h da
instalação do teste de germinação.
SNP Massa fresca dos eixos embrionários
0 (controle)
8,552 bc
50
10,901ab
100
11,866 a
250
12,046 a
500
10,218 abc
750
10,080 abc
1000
8,616 bc
1250
8,206 bc
1500
7,986 c
Médias seguidas de mesma letra na coluna não diferem entre si pelo Teste Tukey a 5% de probabilidade.
46
Analisando os resultados da Tabela 4, comparando as concentrações de sulfato de alumínio,
para cada leitura de germinação, foi observado que nas 24 h iniciais do experimento não ocorreu
protusão da raiz primária, assim como observado para as sementes de feijão submetidas ao SNP
(Tabela 2), contudo decorridas 48 h tornou-se visível o rompimento do tegumento e a emissão da raiz
primária das sementes.
Destaca-se que em 48 h as concentrações de sulfato de alumínio de 40 e 50 mmol.L
-1
ocasionaram maior atraso do processo germinativo, alcançando valores de 13 e 15%, respectivamente,
no entanto, nos períodos subseqüentes (72 e 96 h) as sementes prosseguiram com o processo
germinativo nas diferentes concentrações, alcançando elevados resultados, porém apenas nas
concentrações de sulfato de alumínio 5 e 30 mmol.L
-1
(96 h) foram atingidos 100% de germinação.
Assim os resultados mostram que as sementes de feijão sofreram atraso na velocidade de
germinação quando na presença de elevadas concentrações de sulfato de alumínio, contudo a
concentração de 30 mmol.L
-1
parece não ter afetado o prosseguimento do processo germinativo.
Em sementes de guandu (Cajanus cajan (L.) Millsp.) Marin et al. (2004) verificaram redução
significativa da germinação, proporcional ao aumento das concentrações de alumínio. Matsumoto
(2000), Echart e Cavalli-Molina (2001) e Rout et al. (2001) verificaram que altas concentrações de
alumínio causam retardamento da germinação e do desenvolvimento de plântulas.
Tabela 4. Germinação (%) de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, submetidas a soluções de
diferentes concentrações de sulfato de alumínio (mmol.L
-1
).
Germinação
sulfato de alumínio
24 h 48 h 72 h 96 h
0 (controle)
0 aD 38 aC 90 aB 99 abA
5
0 aD 31 abC 89 aB 100 aA
10
0 aD 29 abC 90 aB 96 cA
15
0 aD 24 bcC 85 abB 95 bcA
20
0 aD 28 abC 87 abB 95 bcA
30
0 aD 24 bcC 89 aB 100 aA
40
0 aD 13 dC 77 bB 97 bcA
50
0 aD 15 cdC 81 abB 97 bcA
Médias seguidas de mesma letra, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem entre si pelo teste Tukey a 5%
de probabilidade.
47
São apresentados na Tabela 5 os resultados da massa fresca dos eixos embrionários, onde se
nota que de acordo com o aumento das concentrações utilizadas ocorreu redução da massa. Esse fato
pode ser atribuído a toxicidade apresentada pelo alumínio nas plantas, gerando danos ao sistema
radicular.
Estudos com sementes de guandu indicam que quanto maior a situação de estresse por metal,
menor o acúmulo de massa seca das raízes, ou seja, são parâmetros diretamente proporcionais (Marin
et al., 2004).
Tem sido relatado que os sintomas de toxicidade de alumínio se manifestam primeiramente no
sistema radicular e que diferentes cultivares de feijão, em condições de elevada acidez do solo,
apresentam redução do diâmetro radicular à custa do crescimento em comprimento, além de que a
inibição do crescimento da raiz é o sintoma primariamente da toxicidade do alumínio em plantas (Silva
et al.,1984; Degenhardt et al., 1998; Silva et al., 2004).
Tabela 5. Massa fresca dos eixos embrionários (g) obtidos de 25 sementes de feijão, CV. BRS
Radiante, submetidas a soluções de diferentes concentrações de sulfato de alumínio (mmol.L
-1
), após
96 h da instalação do teste de germinação.
sulfato de alumínio Massa fresca dos eixos embrionários
0 (controle)
8,934 A
5
5,932 B
10
4,850 Bc
15
4,180 Cd
20
4,030 Cd
30
3,808 Cd
40
3,228 D
50
3,152 D
Médias seguidas de mesma letra na coluna não diferem entre si pelo Teste Tukey a 5% de probabilidade.
Durante as avaliações foi observado que o alumínio causou modificação nas radículas das
sementes germinadas, apresentando enrolamento e até necrose nas extremidades dessa estrutura, como
ilustrado na Figura 1.
48
raiz primária
Figura 1. Aspecto geral de semente de feijão, após 48 h do início do processo germinativo, na presença
de sulfato de alumínio.
De acordo com Kochian (1995), Matsumoto (2000) e Rout et al. (2001) elevadas
concentrações de alumínio inibem a elongação radicular, sendo proposto que o efeito é devido à
inibição da divisão celular, disjunção da parede celular, inibição do fluxo de íons e perda da integridade
da membrana plasmática. A perda de integridade de membrana ocorre devido ao alumínio deslocar por
competição o cálcio externo, que determinam a rigidez da membrana de tal modo que removendo o
cálcio, a integridade da membrana fica comprometida, tornando-a vazada e desfazendo sua função
normal (Kinraide et al., 1992; Echart e Cavalli-Molina, 2001).
49
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O óxido nítrico e o sulfato de alumínio possuem efeitos sob as sementes de feijão, acelerando e
atrasando esse processo respectivamente, e sobre a massa fresca dos eixos embrionários.
A concentração de SNP 250 µmol.L
-1
ocasionou aceleração do processo germinativo nas
primeira 48 h de avaliação, enquanto que as concentrações de sulfato de alumínio de 40 e 50 mmol.L
-1
ocasionaram atraso nesse mesmo período.
As sementes de feijão, nos períodos de 72 e 96 h apresentaram 100% de germinação em
praticamente todos os tratamentos com SNP. Já para os tratamentos com sulfato de alumínio apenas as
concentrações de 5 e 30 mmol.L
-1
apresentaram esse resultado.
As concentrações de SNP 50 a 750 µmol.L
-1
apresentaram efeito similar no desenvolvimento
dos eixos embrionários de sementes de feijão, proporcionando alongamento celular, enquanto que todas
concentrações de sulfato de alumínio foram prejudiciais ao desenvolvimento dos eixos.
50
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55
CAPÍTULO II
ÓXIDO NÍTRICO NA GERMINAÇÃO DE SEMENTES DE
FEIJÃO (Phaseolus Vulgaris L.) SOB ESTRESSE POR ALUMÍNIO
56
RESUMO - O presente trabalho teve como objetivo verificar a germinação de sementes de feijão
submetidas a condição de estresse por alumínio em função do óxido nítrico. Para realização do
experimento foi utilizada solução de nitroprussiato de sódio (SNP), doadora de NO, na concentração de
250 µmol.L
-1
e solução de sulfato de alumínio na concentração de 30 mmol.L
-1
. As sementes de feijão
foram distribuídas sobre papel umedecido com água destilada, solução de sulfato de alumínio 30
mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
, sendo mantidas nestas condições por um período de 18 h, o
qual denominou-se embebição. Decorridas 18 h, as mesmas sementes foram transferidas para novos
rolos de papel umedecidos previamente com água destilada, solução de sulfato de alumínio 30 mmol.L
-
1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
. Foi avaliado teor de água, após 18 h de embebição, emissão da
radícula, aos sete dias da instalação do experimento, germinação total e plântulas em formação e em
desenvolvimento aos nove dias da instalação do experimento. As sementes submetidas a embebição em
solução de SNP absorveram maior quantidade de água que as sementes submetidas as demais
condições. Independe das condições de embebição e de transferência, a que foram submetidas às
sementes de feijão, houve emissão da radícula no período avaliado, assim, os resultados de germinação
total foram elevados. Já quando as sementes foram transferidas para solução de sulfato de alumínio,
houve danos na formação e no desenvolvimento das plântulas, independente da solução de embebição.
Dessa forma pode-se concluir que o alumínio não foi prejudicial ao processo germinativo, mas sim ao
desenvolvimento das plântulas de feijão e o óxido nítrico não foi eficiente na minimização desse dano.
Palavras-chave: óxido nítrico, alumínio, germinação, Phaseolus vulgaris.
57
ABSTRACT – The present work aimed at verifying the germination of bean seeds subjected to
aluminum-stress condition on function the nitric oxide (NO). A sodium nitroprusside (SNP) solution,
NO-donor, at 250 µmol.L
-1
,
and an aluminum sulfate solution, at 30 mmol.L
-1
, were used in the
experiment. Bean seeds were distributed onto paper moistened with distilled water, aluminum sulfate
solution, 30 mmol.L
-1
and SNP solution, 250 µmol.L
-1
, and kept in such conditions for an 18h period
which was called imbibitions. Then, the seeds were transferred to new rolls of paper previously
moistened with distilled water, aluminum sulfate solution, 30 mmol.L
-1
, and SNP solution, 250 µmol.L
-
1
. Water content was evaluated after 18 h imbibition’s; emission the raise primaries, count was carried
out at seven days of the experiment, total germination and formation and development of seedlings
were verified at nine days after the beginning of the experiment. The seeds subjected imbibition’s SNP
solution and aluminum sulfate solution absolver increase water that another condition. Independents
the condition imbibition’s and transference, the bean seeds subjected, heave emission the raise
primaries on evaluated period and resulted total germination that increase. When seeds were
transference in sulfate aluminum solution, the formation and development of seedlings were damaged,
independent the solution imbibition. Thus, of aluminum did not prejudicial of process germination but
on development of seedlings and NO did not efficient and minimizes of that injury. NO show any
protective action against the harmful effects on bean seeds germination.
Keywords: nitric oxide, aluminum, germination, Phaseolus vulgaris.
58
INTRODUÇÃO
O gênero Phaseolus compreende aproximadamente 55 espécies, sendo a mais cultivada o
feijoeiro comum (Phaseolus vulgaris). Sabe-se que os grandes exploradores ajudaram a difundir o uso
e o cultivo de feijão para diversos lugares do planeta (Embrapa Arroz e Feijão, 2006). A cultura do
feijão no Brasil é uma das mais importantes, não só por fazer parte, em boa proporção, da mesa da
população, mas por envolver, também, uma grande área de produção cultivada na maior parte, por
pequenos agricultores (Yokoyama et al., 2000).
Da maioria dos solos cultiváveis, aproximadamente 78,4%, compõem-se de solos ácidos que
impossibilitam a exploração econômica de culturas viáveis. Somente no Brasil, os solos dos cerrados,
com baixa capacidade de troca de íons e alta toxicidade de alumínio, representam 205 milhões de
hectares. A condição de acidez elevada resulta na dissolução de minerais de argila e óxido de alumínio,
conduzindo ao aparecimento de forma trocável, ou seja, a disponibilidade do alumínio é uma
conseqüência da acidez do solo (Marin et al., 2004), que limita a produtividade das plantas (Custódio et
al., 2002).
O alumínio pode afetar a fluidez da membrana plasmática, por alterar o ambiente químico dos
lipídios e formar ligações entre as regiões polares dos fosfolipídios (Zhao et al., 1987). Outras hipóteses
apontam que, a ação do alumínio tóxico inclui inibição do fluxo de íons, ruptura da membrana
plasmática, inibição do sinal de transdução e alteração da estrutura do citoesqueleto (Tamás et al.,
2004). Nas sementes pode reduzir a germinação, exercendo influências decisivas sobre o metabolismo
das mesmas (Cruz et al., 1995).
Em contrapartida, desde a sua descoberta como um radical livre endógeno, o óxido nítrico (NO)
é considerado tanto como citoprotetor, quanto citotóxico, de acordo com a concentração (Stamler,
1994; Leite e Sarni, 2003; Beligni e Lamattina, 1999a). Em plantas sua atuação tem sido conhecida
somente há pouco tempo (Gouvêa et al., 1997; Leshem, 1996; 1998) e embora algumas de suas funções
ainda não tenham sido totalmente esclarecidas, evidencia-se sua participação em vários processos
fisiológicos vegetais.
Diversos trabalhos relatam seu envolvimento na inibição da expansão foliar, acúmulo de
fitoalexinas e ativação de respostas de defesa contra ataque de patógenos (Delledonne et al., 1998;
Durner et al., 1998; Beligni e Lamattina, 1999b; Klessig et al., 2000; Delledonne et al., 2001;
Wendehenne et al., 2001; Neil et al., 2003; Romero-Puertas e Delledonne, 2003).
A função protetora do NO contra situações de estresses abióticos também tem sido relatada,
detectando-se aumento na tolerância à seca de algumas espécies de plantas por indução do fechamento
estomático (Mata e Lamattina, 2001; Neil et al., 2002). O NO exerce função na tolerância de plantas ao
59
estresse produzido sob condições de elevada temperatura e salinidade (Uchida et al., 2002), além de
estimular a germinação em situações de elevadas concentrações de metais pesados (Kopyra e Gwózdz,
2003). Assim, pesquisas realizadas com NO têm mostrado um novo e estimulante campo de estudos da
biologia de plantas (Beligni e Lamattina, 2001).
O presente trabalho teve como objetivo verificar a germinação de sementes de feijão submetidas
à condição de estresse por alumínio em função do óxido nítrico.
60
MATERIAL E MÉTODOS
Local e Material Vegetal
O presente trabalho foi conduzido no Laboratório de Xenobióticos do Departamento de
Química e Bioquímica do Instituto de Biociências da UNESP-Câmpus Botucatu, São Paulo, Brasil.
Foram utilizadas no trabalho sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) do cultivar BRS
Radiante, cedidas pela Embrapa Arroz e Feijão – Santo Antônio de Goiás – GO, da Safra de 2004,
recebidas em Fevereiro de 2005, cuja caracterização inicial resultou em 84% de sementes germinadas e
teor de água de 9%.
Tratamentos: Óxido Nítrico e Alumínio na germinação
Em experimento preliminar foi estabelecida a concentração da solução de nitroprussiato de
sódio (SNP), doadora de óxido nítrico (NO), que causou aceleração da germinação e a concentração da
solução de sulfato de alumínio que causou atraso deste processo, equivalentes a 250 µmol.L
-1
e 30
mmol.L
-1
, respectivamente. Como controle foi utilizada a condição de embebição em água destilada.
Condução do experimento
Foram utilizadas quatro repetições de 25 sementes de feijão distribuídas sobre duas folhas de
papel germitest e cobertas com uma terceira folha, formando-se rolos de papel. As folhas de papel
foram previamente umedecidas com as soluções dos diferentes tratamentos. O volume (mL) das
soluções utilizadas foi na proporção de duas vezes e meia o peso (g) do papel germitest seco e os rolos
foram acondicionados em bandejas plásticas, cobertas com plástico filme transparente com perfurações
e mantidos em câmaras de germinação (BOD) na temperatura de 25 ºC, na ausência de luz (Brasil,
1992).
Os papéis de germinação foram umedecidos com água destilada, solução de sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
. As sementes foram mantidas nestas condições por um
período de 18 h, o qual denominou-se embebição, conforme especificado na Figura 1. Nesse período as
sementes de feijão apresentavam maior volume que o inicial, conforme observado visualmente,
indicando absorção das soluções.
Decorridas 18 h, as mesmas sementes foram transferidas para novos rolos de papel umedecidos
previamente com água destilada, solução de sulfato de alumínio 30 mmol.L
-1
e solução de
SNP 250
µmol.L
-1
(Figura 1) e foram mantidos em câmara de germinação nas mesmas condições anteriormente
descritas.
61
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
SNP 250 µmol.L
-1
água destilada
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
água destilada
água destilada
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
água destilada
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
SNP 250 µmol.L
-1
água destilada
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
água destilada
água destilada
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
água destilada
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
água destilada
água destilada
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
água destilada
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
Figura 1. Esquema dos diferentes tratamentos (combinação das condições de embebição e
transferência) a que foram submetidas às sementes de feijão.
Avaliações
Teor de água
A fim de avaliar a absorção de água pelas sementes nos diferentes tratamentos durante o
período de embebição, foi determinado o teor de água. Para tanto, quatro repetições de 10 sementes de
feijão foram colocadas nas mesmas condições de embebição, conforme Figura 1 e decorridas 18 h, as
sementes foram coletadas, pesadas e acondicionadas em saco de papel, sendo mantidas em estufa a
65ºC até peso constante. Os resultados foram expressos em porcentagem com base na massa fresca das
sementes.
Teste de Germinação
As avaliações do teste de germinação foram realizadas aos sete dias (emissão da radícula) e aos
nove dias (germinação total e plântulas em formação e em desenvolvimento) a partir da instalação do
experimento. Foram consideradas para emissão da radícula as sementes que apresentavam a estrutura
62
radicular com comprimento maior ou igual a 2 mm (Duran e Tortosa, 1985) e como germinação total as
sementes que apresentavam raiz e parte aérea emitidas após nove dias da instalação do experimento.
Foram consideradas plântulas em formação e em desenvolvimento as que apresentavam parte aérea e
sistema radicular formados e em desenvolvimento.
Delineamento Experimental
Adotou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado. Para os dados de teor de água
foi realizada comparação de médias entre as condições de embebição (água destilada, solução de
sulfato de alumínio e solução de SNP). Já para os dados de emissão da radícula, germinação total e
plântulas em formação e em desenvolvimento foi utilizado esquema fatorial 3x3, ou seja, 3 condições
de embebição (água destilada, solução de sulfato de alumínio e solução de SNP) e 3 condições de
transferência (água destilada, solução de sulfato de alumínio e solução de SNP). Os dados foram
submetidos à análise de variância, pelo teste F e as médias comparadas pelo teste Tukey a 5% de
probabilidade (Vieira e Hoffman, 1989). Os dados em porcentagem foram transformados em
arcsen
100/x . As análises foram realizadas no programa estatístico SISVAR (Ferreira, 2000).
63
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A análise realizada para teor de água mostrou que houve diferença significativa entre as
condições de embebição. Os valores de F, CV e DMS foram 4,073* (significativo a 5% de
probabilidade), 5,67% e 4,88 respectivamente.
Na Tabela 1 os dados apresentados de teor de água, de sementes de feijão, mostram que a
condição de embebição em solução de SNP favoreceu a entrada de água nas sementes, visto que seu
resultado foi superior as condições embebição em água destilada e sulfato de alumínio.
Tabela 1: Teor de água (%) obtido de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, após terem sido
submetidas à 18 h de embebição em água destilada, solução de sulfato de alumínio 30 mmol.L
-1
e
solução de SNP 250 µmol.L
-1
.
Embebição Teor de Água
água destilada 41,47 b
sulfato de alumínio 43,14 ab
SNP 46,38 a
Médias seguidas de mesma letra não diferem entre si pelo Teste de Tukey a 5% de probabilidade.
Os resultados da Tabela 2 indicam interação significativa entre os fatores analisados para
emissão de radícula e plântulas em formação e em desenvolvimento, enquanto que os dados de
germinação total não apresentaram esse comportamento.
Tabela 2: Valores de F obtidos na análise de variância dos dados referentes a emissão da radícula,
germinação total e plântulas em formação e em desenvolvimento obtidos de sementes de feijão, CV.
BRS Radiante, submetidas as condições de embebição (água destilada, solução de sulfato de alumínio
e solução de SNP) e transferência (água destilada, solução de sulfato de alumínio e solução de SNP).
F
Fatores Emissão da Radícula Germinação Total Plântulas em formação e em
desenvolvimento
Embebição (A) 0,646
NS
0,077
NS
0,336
NS
Transferência (B) 1,841
NS
1,462
NS
498,860**
AxB 11,465** 1,000
NS
471,010**
CV % 8,19 2,44 7,86
DMS 1,79 2,43 4,66
** significativo a 1% de probabilidade e NS não significativo.
Na Tabela 3 são apresentados os resultados de emissão da radícula, após sete dias da instalação
do experimento, onde foi possível verificar que independe das condições de embebição e de
64
transferência às sementes de feijão conseguiram emitir a radícula nesse período avaliado, dessa forma
os resultados de germinação total (Tabela 4) foram elevados e confirmam que as condições a que foram
submetidas às sementes de feijão não são prejudiciais aos processos de emissão da radícula e
germinação total.
Tabela 3: Emissão da radícula (%) de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, após sete dias da
instalação do experimento, submetidas a embebição em água destilada, solução de sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
e após 18 h transferidas para água destilada, solução de
sulfato de alumínio 30 mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
.
Embebição
Transferência
água destilada sulfato de alumínio SNP
água destilada 80 aB 100 aA 83 aB
sulfato de alumínio 85 aA 98 aA 79 aB
SNP 84 aA 95 aA 75 aB
Médias seguidas de mesma letra, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem entre si pelo teste Tukey a 5%
de probabilidade.
Tabela 4: Germinação total (%) de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, após nove dias da
instalação do experimento, submetidas a embebição em água destilada, solução de sulfato de alumínio
30 mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
e após 18 h transferidas para água destilada, solução de
sulfato de alumínio 30 mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
.
Embebição
Transferência
Água destilada Sulfato de alumínio SNP
Água destilada 99 aA 99 aA 99 aA
Sulfato de alumínio 100 aA 99 aA 98 aA
SNP 96 aA 98 aA 99 aA
Médias seguidas de mesma letra, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem entre si pelo teste Tukey a 5%
de probabilidade.
Matsumoto (2000), Echart e Cavalli-Molina (2001) e Rout et al. (2001) verificaram que
elevadas concentrações de alumínio causam retardamento da germinação e no desenvolvimento de
plântulas. No entanto, no presente trabalho, a concentração de 30 mmol.L
-1
de sulfato de alumínio
parece não ter influenciado o processo germinativo das sementes de feijão, uma vez que em todos os
tratamentos foram alcançados valores elevados de germinação total, indicando que mesmo em
condições com um agente estressante, no caso o sulfato de alumínio, as sementes de feijão conseguiram
estabelecer o processo germinativo (Tabela 4).
65
Em estudos realizados com sementes de outras espécies, como tremoço amarelo (Lupinus
luteus), Kopyra e Gwózdz (2003) relataram que o SNP exerceu considerável efeito na promoção da
germinação sob condições de estresse causado pela presença de chumbo e cádmio, indicando que o NO
é eficiente contra o impacto negativo ocasionado por metais pesados sobre a germinação, porém no
presente trabalho tal comportamento não foi observado, sendo que a concentração de alumínio utilizada
não ocasionou danos aparentes nos parâmetros até aqui avaliados.
Contudo na Tabela 5 os resultados mostram que independente da condição de embebição, a
transferência das sementes para solução de sulfato de alumínio não permitiu plântulas em formação e
em desenvolvimento, e que a presença desse metal afeta diretamente o desenvolvimento de plantas de
feijão.
Tabela 5: Plântulas em formação e em desenvolvimento (%) obtidas de sementes de feijão, CV. BRS
Radiante, após 9 dias da instalação do experimento, submetidas a embebição em água destilada,
solução de sulfato de alumínio 30 mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
e após 18 h transferidas
para água destilada, solução de sulfato de alumínio 30 mmol.L
-1
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
.
Embebição
Transferência Água destilada Sulfato de alumínio SNP
Água destilada 88 aA 87 aA 99 aA
sulfato de alumínio 0 bA 1 bA 0 bA
SNP 87 aA 89 aA 87 aA
Médias seguidas de mesma letra, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem entre si pelo teste Tukey a 5%
de probabilidade.
Outro ponto observado foi que a embebição em água destilada ou em solução de SNP
proporcionaram de forma semelhante à formação das plântulas de feijão, indicando que o óxido nítrico
da solução não apresentou, nessa situação específica, o comportamento de citoproteção quando as
sementes foram expostas ao alumínio.
De acordo com Kochian (1995), Matsumoto (2000) e Rout et al. (2001) elevadas concentrações
de alumínio inibem a elongação radicular, sendo proposto que o efeito é devido à inibição da divisão
celular, disjunção da parede celular, inibição do fluxo de íons e perda da integridade da membrana
plasmática.
Quando presente em concentrações moderadas, o alumínio pode causar a inibição do
crescimento e da divisão celular, refletindo na regulação interna dos processos de crescimento e
desenvolvimento da planta (Marschner, 1991). De acordo com alguns autores a redução do crescimento
66
da parte aérea da planta pode ocorrer num momento posterior e parece ser uma conseqüência dos danos
que ocorrem na raiz (Matsumoto et al., 1976; Ryan e Kochian et al., 1993).
A partir dos resultados apresentados constata-se que o alumínio, embora não tenha apresentado
efeito sobre a germinação de sementes de feijão, apresenta efeito no desenvolvimento das plântulas e
que o NO não foi eficiente na minimização deste efeito.
67
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A presença de alumínio não impediu que as sementes de feijão germinassem, porém foi
prejudicial na continuação do processo, impedindo a formação de plântulas em formação e em
desenvolvimento.
A presença de óxido nítrico favoreceu a entrada de água nas sementes, no entanto não foi
eficiente na minimização dos efeitos prejudiciais do alumínio durante a formação das plântulas.
68
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72
CAPÍTULO III
EFEITO DO ÓXIDO NÍTRICO NA GERMINAÇÃO DE
SEMENTES DE FEIJÃO (Phaseolus Vulgaris L.) SOB ESTRESSE POR
DEFICIÊNCIA HÍDRICA
73
RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo verificar a germinação de sementes de feijão
submetidas à condição de deficiência hídrica em função do óxido nítrico. Para realização do
experimento foi utilizada solução de nitroprussiato de sódio (SNP), doadora de óxido nítrico, na
concentração de 250 µmol.L
-1
e como simulador de deficiência hídrica o polietileno glicol (PEG) 6000
no potencial osmótico de -0,6 MPa. As sementes de feijão foram distribuídas sobre papel umedecido
com água destilada, solução de PEG -0,6 MPa e solução de SNP 250 µmol.L
-1
e as sementes foram
mantidas nestas condições por um período de 18 h, a qual denominou-se embebição. Decorridas 18 h,
as mesmas sementes foram transferidas para novos rolos de papel umedecidos previamente com água
destilada, solução de PEG -0,6 MPa e solução de SNP 250 µmol.L
-1
. Foram avaliados o teor de água,
após 18 h de embebição, emissão da radícula, aos sete dias da instalação do experimento, germinação
total e plântulas em formação e em desenvolvimento, aos nove dias da instalação do experimento. Foi
verificado que as sementes submetidas à solução de PEG, apresentaram menor absorção de água
quando comparadas com as sementes submetidas à embebição em água destilada e solução de SNP. A
embebição em solução de PEG ocasionou atraso na emissão da radícula, principalmente quando as
sementes foram transferidas para essa mesma condição, no entanto quando transferidas para solução de
SNP esse efeito foi minimizado e dessa forma apresentaram elevados resultados de germinação total.
Quanto às plântulas em formação e em desenvolvimento a condição de embebição e transferência para
solução de PEG foi a que ocasionou os menores resultados, já quando as sementes foram transferidas
para SNP, houve minimização do efeito da deficiência hídrica proporcionando a formação dessas
plântulas. Dessa forma a presença de PEG em solução de embebição ocasionou atraso na emissão da
radícula das sementes, porém esse efeito foi minimizado quando as sementes foram transferidas para
solução de SNP, e a presença do óxido nítrico também minimizou os efeitos da condição de deficiência
hídrica na formação das plântulas de feijão.
Palavras-chave: óxido nítrico, deficiência hídrica, germinação, Phaseolus vulgaris.
74
ABSTRACT – The present work aimed at verifying the germination of bean seeds subjected to water
deficit condition on function the nitric oxide (NO). A sodium nitroprusside (SNP) solution, NO-donor,
at 250 µmol.L
-1
, was prepared, and polyethylene glycol (PEG) 6000, at -0.6 MPa osmotic potential,
was used for simulation of water deficit. Bean seeds were distributed onto paper moistened with
distilled water, PEG solution, -0.6 MPa, and SNP solution, 250 µmol.L
-1
, and kept in such condition for
an 18h period which was called imbibition. Then, the seeds were transferred to new rolls of paper
previously moistened with distilled water, PEG solution, -0.6 MPa, and SNP solution, 250 µmol.L
-1
.
Water content was evaluated after 18 h imbibition’s; emission the raise primaries, count was carried out
at seven days of the experiment, total germination and formation and development of seedlings were
verified at nine days after the beginning of the experiment. The seeds that were allowed to germinate in
PEG solution showed less water absorption than those subjected to imbibition in distilled water and
SNP solution. The imbibiton on PEG solution occasion retardation emission the raise primaries,
principal that seeds transferred to some condition, thus seeds transfer to SNP solution effect the
minimizes and resulted total germination that increase. That’s formation and development of seedlings
the independent condition of embibiton and transfer to PEG solution the resulted decreasing, thus that
seeds transferred of SNP solution the effect minimizing water deficit formed seedling. However, for the
seeds imbibiton to PEG solution to cause retardation emission the raise primaries, effect minimized that
seeds transferred to SNP solution, and NO also effect minimized to water deficit condition in formation
the bean seedlings.
Keywords: nitric oxide, water deficit, germination, Phaseolus vulgaris.
75
INTRODUÇÃO
Pertencente a família das leguminosas e ao gênero Phaseolus, o feijão originou-se na América e
possui cerca de 55 espécies, sendo que o Phaseolus vulgaris recebe destacada importância por ser a
espécie cultivada mais antiga e mais utilizada em todos os continentes (Embrapa Arroz e Feijão, 2006).
O feijão é um importante constituinte da dieta do brasileiro, por ser uma excelente fonte de
proteínas, carboidratos e ser rico em ferro. É um dos produtos agrícolas de maior importância
econômico-social, em razão de ser cultivado em grandes áreas e pela mão-de-obra empregada durante o
ciclo de cultura (Vieira et al., 1998).
O nível de hidratação da semente, necessário para desencadear o processo germinativo pode
atingir valores como 32-35%, em sementes de milho, ou 48-50% como o requerido pelo feijão (Shioga,
1990). As condições hídricas do solo para as sementes, em que os potenciais osmóticos são muito
negativos, de modo geral, provocam atraso ou mesmo reduzem a porcentagem de germinação; o
mínimo de umidade, porém, a ser atingido pela semente para que a germinação ocorra, depende de sua
composição química e da permeabilidade do tegumento (Bradford, 1990).
Quando a semente inicia seu processo germinativo ocorre absorção de água, hidratação dos
tecidos e hidrólise das substâncias de reserva (Carvalho e Nakagawa, 2000). A primeira estrutura a
emergir da semente é a radícula, ou raiz embrionária, que possibilita a fixação no solo e assegura a
continuidade do processo de absorção de água (Vieira, 2000). Deste modo, dentre os fatores externos
que interferem no processo germinativo, considera-se como o mais importante a hidratação da semente,
pois a água constitui a matriz onde ocorre a maioria dos processos bioquímicos e fisiológicos, que
resultam na protrusão da raiz primária (Moraes et al., 2005).
As condições que as sementes encontram na implantação da cultura, algumas vezes são
adversas, tais como, solos salinos, sódicos e com deficiência hídrica (Neto et al., 2006). A diminuição
da germinação de sementes submetidas ao estresse hídrico é atribuída à redução das atividades
enzimáticas. Por outro lado, em condições de plena disponibilidade de água no solo, as sementes,
principalmente as mais secas, podem absorver água rapidamente, ocasionando rupturas em seus
tecidos, com conseqüentes prejuízos à germinação (Braga et al., 1999).
Uma substância que vem sendo utilizada para simular condição de estresse hídrico é a de
polietileno glicol (PEG), um polímero de alto peso molecular, não iônico, inerte, que não penetra pelas
paredes celulares e não apresenta sinais de toxicidade (Knypel e Khan, 1981; Steuter et al., 1981;
Braccini et al., 1996; Moraes e Menezes, 2003).
O desenvolvimento de cultivares mais tolerantes a períodos de deficiência hídrica, bem como o
desenvolvimento de tecnologias que auxiliem as plantas a tolerar períodos prolongados de estiagem,
76
são essenciais na manutenção da produção agrícola brasileira e mundial em níveis que possam
alimentar uma população em constante crescimento (Nepomuceno et al., 2001).
Estudos com o óxido nítrico (NO) têm mostrado sua ação tanto como citoprotetor, quanto
citotóxico, de acordo com a concentração (Stamler, 1994; Beligni e Lamattina, 1999a; Leite e Sarni,
2003) e embora suas funções fisiológicas em plantas sejam muito pouco documentadas, alguns
trabalhos relatam seu envolvimento na inibição da expansão foliar, acúmulo de fitoalexinas e ativação
de respostas de defesa contra ataque de patógenos (Delledonne et al., 1998; Durner et al., 1998; Beligni
e Lamattina, 1999b; Klessig et al., 2000; Delledonne et al., 2001; Wendehenne et al., 2001; Neil et al.,
2003; Romero-Puertas e Delledonne, 2003).
O NO também pode regular processos relacionados ao crescimento e desenvolvimento de
plantas. Nas sementes ele atua na indução do processo germinativo (Beligni e Lamattina, 2000; Neil et
al., 2002; Bethke et al., 2004) e inibição da respiração após a embebição, sendo que na raiz promove o
alongamento e formação das raízes adventícias (Beligni e Lamattina, 2001).
A função protetora do NO contra situações de estresses abióticos também tem sido relatada,
detectando-se aumento na tolerância à seca de algumas espécies de plantas por indução do fechamento
estomático (Mata e Lamattina, 2001; Neil et al., 2002). Também o NO exerce função na tolerância de
plantas ao estresse produzido sob condições de elevada temperatura e salinidade (Uchida et al., 2002),
além de estimular a germinação em situações de altas concentrações de metais pesados (Kopyra e
Gwózdz, 2003).
Dessa forma o presente trabalho teve como objetivo verificar a germinação de sementes de
feijão submetidas à condição de deficiência hídrica em função do óxido nítrico.
77
MATERIAL E MÉTODOS
Local e Material Vegetal
O presente trabalho foi conduzido no Laboratório de Xenobióticos do Departamento de
Química e Bioquímica do Instituto de Biociências da UNESP-Câmpus Botucatu, São Paulo, Brasil.
Foram utilizadas no trabalho sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) do cultivar BRS
Radiante, cedidas pela Embrapa Arroz e Feijão – Santo Antônio de Goiás – GO, da Safra de 2004,
recebidas em Fevereiro de 2005, cuja caracterização inicial resultou em 84% de sementes germinadas e
teor de água de 9%.
Tratamentos: Óxido Nítrico e Deficiência Hídrica na germinação
Para realização do experimento foi utilizada solução de nitroprussiato de sódio (SNP), doadora
de NO, na concentração pré-estabelecida, equivalente a 250 µmol.L
-1
e como simulador de deficiência
hídrica solução de polietileno glicol (PEG) 6000 no potencial osmótico de -0,6 MPa, calculado pela
equação de Michel e Kaufmamm (1973), para temperatura de 25ºC. As concentrações da solução de
SNP e de PEG foram aquelas que causaram, respectivamente, aceleração e atraso da germinação em
experimentos preliminares. Como controle foi utilizada a condição de embebição em água destilada.
Condução do experimento
Foram utilizadas quatro repetições de 25 sementes de feijão distribuídas sobre duas folhas de
papel germitest e cobertas com uma terceira folha, formando-se rolos de papel. As folhas de papel
foram previamente umedecidas com as soluções dos diferentes tratamentos. O volume (mL) das
soluções utilizadas foi na proporção de duas vezes e meia o peso (g) do papel germitest seco, os rolos
foram acondicionados em bandejas plásticas, cobertas com plástico filme transparente com perfurações
e mantidos em câmaras de germinação (BOD) na temperatura de 25 ºC, na ausência de luz (Brasil,
1992).
Os papéis de germinação foram umedecidos com água destilada, solução de PEG 6000 -0,6
MPa
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
. As sementes foram mantidas nestas condições por um período de
18 h, o qual denominou-se embebição, conforme especificado na Figura 1. Nesse período as sementes
de feijão apresentavam maior volume que o inicial, conforme observado visualmente, indicando
absorção das soluções.
78
Decorridas 18 h, as mesmas sementes foram transferidas para novos rolos de papel umedecidos
previamente com água destilada, solução de sulfato PEG 6000 -0,6 MPa e solução de
SNP 250 µmol.L
-
1
(Figura 1) e foram mantidos em câmara de germinação nas mesmas condições anteriormente
descritas.
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
SNP 250 µmol.L
-1
água destilada
PEG 6000 -0,6 MPa
água destilada
água destilada
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
PEG 6000 -0,6 MPa
água destilada
PEG 6000 -0,6 MPa PEG 6000 -0,6 MPa PEG 6000 -0,6 MPa
SNP 250 µmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
PEG 6000 -0,6 MPa
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Embebição
Transferência após
18 h de embebição
SNP 250 µmol.L
-1
água destilada
PEG 6000 -0,6 MPa
água destilada
água destilada
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
PEG 6000 -0,6 MPa
água destilada
PEG 6000 -0,6 MPa PEG 6000 -0,6 MPa PEG 6000 -0,6 MPa
SNP 250 µmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
PEG 6000 -0,6 MPa
água destilada
SNP 250 µmol.L
-1
SNP 250 µmol.L
-1
Figura 1. Esquema dos diferentes tratamentos (combinação das condições de embebição e
transferência) a que foram submetidas às sementes de feijão.
Avaliações
Teor de água
A fim de avaliar a absorção de água pelas sementes nos diferentes tratamentos durante o
período de embebição, foi determinado o teor de água. Para tanto, quatro repetições de 10 sementes de
feijão foram colocadas nas mesmas condições de embebição, conforme Figura 1 e decorridas 18 h, as
sementes foram coletadas, pesadas e acondicionadas em saco de papel, sendo mantidas em estufa a
65ºC até peso constante. Os resultados foram expressos em porcentagem com base na massa fresca das
sementes.
79
Teste de Germinação
As avaliações do teste de germinação foram realizadas aos sete dias (emissão da radícula) e aos
nove dias (germinação total e plântulas em formação e em desenvolvimento) a partir da instalação do
experimento. Foram consideradas para emissão da radícula as sementes que apresentavam a estrutura
radicular com comprimento maior ou igual a 2 mm (Duran e Tortosa, 1985) e como germinação total as
sementes que apresentavam raiz e parte aérea emitidas após nove dias da instalação do experimento.
Foram consideradas plântulas em formação e em desenvolvimento as que apresentavam parte aérea e
sistema radicular formados e em desenvolvimento.
Delineamento Experimental
Adotou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado. Para os dados de teor de água
foi realizada comparação de médias entre as condições de embebição (água destilada, solução de PEG
6000 e solução de SNP). Já para os dados de emissão da radícula, germinação total e plântulas em
formação e em desenvolvimento, foi utilizado esquema fatorial 3x3, ou seja, 3 condições de embebição
(água destilada, solução de PEG 6000 e solução de SNP) e 3 condições de transferência (água
destilada, solução de PEG 6000 e solução de SNP). Os dados foram submetidos à análise de variância,
pelo teste F e as médias comparadas pelo teste Tukey a 5% de probabilidade (Vieira e Hoffman, 1989).
Os dados em porcentagem foram transformados em arcsen
100/x . As análises foram realizadas no
programa estatístico SISVAR (Ferreira, 2000).
80
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A análise de variância realizada para o teste de teor de água apresentou diferença significativa
entre os tratamentos, sendo o valor de F 19,910** (significativo no nível de 1% de probabilidade), CV
4,45% e o DMS 3,52.
Na Tabela 1 os dados apresentados de teor de água, de sementes de feijão, mostram que a
condição de embebição em água destilada e solução de SNP favoreceram a absorção de água pelas
sementes, apresentando resultados de 43,27 e 41,29%, respectivamente, enquanto que a solução de
PEG dificultou a absorção. Esse comportamento indica que o PEG pode ser utilizado para simular
condições de deficiência hídrica, atuando como uma barreira na entrada de água nas sementes, quando
presente em solução.
Tabela 1: Teor de água (%) obtido de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, após terem sido
submetidas à 18 h de embebição em água destilada, solução de PEG 6000 -0,6 MPa e solução de SNP
250 µmol.L
-1
.
Embebição Teor de Água
Água destilada 43,27 a
PEG 35,61 b
SNP 41,29 a
Médias seguidas de mesma letra não diferem entre si pelo Teste Tukey a 5% de probabilidade.
Os resultados da Tabela 2 indicam que houve interação significativa para os fatores analisados
para emissão da radícula, germinação total e plântulas em formação e desenvolvimento.
Tabela 2: Valores de F obtidos na análise de variância dos dados referentes à emissão da radícula,
germinação total e plântulas em formação e em desenvolvimento, obtidos de sementes de feijão, CV.
BRS Radiante, submetidas às condições de embebição (água destilada, solução de PEG e solução de
SNP) e transferência (água destilada, solução de PEG e solução de SNP).
F
Fatores Emissão da Radícula Germinação Total Plântulas em formação e em
desenvolvimento
Embebição (A) 4,895* 6,908* 16,439**
Transferência (B) 3,349
NS
15,736** 22,922**
AxB 18,266** 8,842* 20,913**
CV % 19,29 7,26 12,29
DMS 12,82 6,90 9,21
** significativo a 1% de probabilidade, * significativo a 5% de probabilidade e NS não significativo.
81
Na Tabela 3 estão apresentados os resultados de emissão da radícula, onde as condições
embebição em água destilada e SNP favoreceram a formação dessa estrutura, independente da condição
de transferência, apresentando valores superiores a 70%. Entretanto, na condição de embebição em
solução de PEG, verificou-se um atraso da emissão da radícula, principalmente quando as sementes
foram transferidas para PEG. Quando as sementes foram embebidas em PEG e foram transferidas para
SNP, a presença do óxido nítrico minimizou esse atraso, protegendo as sementes do efeito ocasionado
pela deficiência hídrica.
Tabela 3: Emissão da radícula (%) de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, após sete dias da
instalação do experimento, submetidas a embebição em água destilada, solução de PEG 6000 -0,6 MPa
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
e após 18 h transferidas para água destilada, solução de PEG 6000 -0,6
MPa e solução de SNP 250 µmol.L
-1
.
Embebição
Transferência
Água destilada PEG SNP
Água destilada 79 aA 58 aB 80 aA
PEG 73 aB 21 bB 76 aA
SNP 85 aA 43 abB 76 aA
Médias seguidas de mesma letra, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem entre si pelo teste Tukey a 5%
de probabilidade.
Na literatura foram encontrados trabalhos em que sementes de feijão (Phaseolus vulgaris)
(Braga et al., 1999; Pertel et al., 2003; Moraes et al., 2005) e de soja (Glycine max) (Braccini et al.,
1996; Rosseto et al., 1997; Silva et al., 2006) apresentaram redução da germinação quando estas foram
submetidas a condição de deficiência hídrica, por meio da utilização de solução de PEG 6000.
O decréscimo na germinação de sementes submetidas à restrição de água pela utilização de
soluções de PEG pode estar relacionada a alta viscosidade que essa solução apresenta, comprometendo
a absorção de oxigênio pelas sementes (Yoon et al., 1997), além de que, nessas condições, o
prolongamento da fase estacionária do processo de embebição, leva a um menor desenvolvimento
meristemático e, conseqüentemente, a atraso na protrusão da raiz primária (Falleri, 1994).
Outra causa provável para essa redução é a falta de energia para o início da germinação, já que
tal energia é obtida a partir de incrementos na taxa respiratória das sementes após a embebição, que
ocorre de forma mais lenta na presença de potenciais osmóticos muito baixos (Silva et al., 2006).
Em trabalhos pioneiros relacionados ao assunto abordado, foi considerado por Beligni e
Lamattina (2001) que o NO atua como um indutor do processo germinativo. Em outros trabalhos foi
evidenciado que o NO estimula a germinação de arroz por simulação do efeito da luz (Hung et al.,
82
2002). Sarath et al. (2006) verificaram que a germinação de sementes de Panicum virgatum L. foi
significativamente influenciada pelo NO e relatou que este composto poderia ser um desencadeador
endógeno para os processos fisiológicos dessa espécie.
Analisando os resultados de germinação total (Tabela 4), foi observado que apesar do PEG ter
ocasionado atraso na emissão da radícula (Tabela 3), o processo germinativo se completa ao final do
período avaliado e a presença do óxido nítrico, por ter minimizado o atraso da germinação quando as
sementes foram submetidas à condição de deficiência hídrica, favoreceu uma elevada porcentagem de
sementes germinadas, nessa condição, com valores de 99%. As condições de embebição em água
destilada e SNP apresentaram mesmo comportamento quanto à germinação total, sendo dessa forma,
eficientes para esse processo.
Tabela 4: Germinação total (%) de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, após nove dias da
instalação do experimento, submetidas a embebição em água destilada, solução de PEG 6000 -0,6 MPa
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
e após 18 h transferidas para água destilada, solução de PEG 6000 -0,6
MPa e solução de SNP 250 µmol.L
-1
.
Embebição
Transferência
água destilada PEG SNP
água destilada 96 aA 88 abA 97 aA
PEG 100 aA 67 bB 97 aA
SNP 100 aA 98 aA 100 aA
Médias seguidas de mesma letra, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem entre si pelo teste Tukey a 5%
de probabilidade.
Na Tabela 5 estão apresentados os resultados de plântulas em formação e em desenvolvimento
obtidas de sementes de feijão, onde pode ser observado que as condições de embebição em água
destilada e solução de SNP favoreceram esse processo, independente da condição de transferência.
Na condição de embebição em solução de SNP e transferência para PEG, o resultado indica que
apesar de ser esta uma condição onde as sementes se desenvolveram em deficiência hídrica, houve a
formação das plântulas, o que pode ser atribuído a presença do óxido nítrico no inicio do processo de
germinação, ou seja, na absorção inicial da solução pelas sementes.
83
Tabela 5: Plântulas em formação e em desenvolvimento (%) obtidas de sementes de feijão, CV. BRS
Radiante, após 9 dias da instalação do experimento, submetidas a embebição em água destilada,
solução de PEG 6000 -0,6 MPa e solução de SNP 250 µmol.L
-1
e após 18 h transferidas para água
destilada, solução de PEG 6000 -0,6 MPa e solução de SNP 250 µmol.L
-1
.
Embebição
Transferência
água destilada PEG SNP
água destilada 88 aA 69 aB 84 aA
PEG 76 bA 23 bB 87 aA
SNP 89 aA 72 aB 83 aA
Médias seguidas de mesma letra, minúsculas nas colunas e maiúsculas nas linhas, não diferem entre si pelo teste Tukey a 5%
de probabilidade.
A deficiência hídrica teve seu maior efeito na formação das plântulas, que tiveram as sementes
submetidas a solução de PEG na embebição e na transferência, o que é confirmado pelos baixos valores
desse parâmetro (23%), no entanto quando foram transferidas para solução de SNP as sementes tiveram
seu processo de desenvolvimento continuado, o que indica o efeito do óxido nítrico, também, na
minimização dos efeitos da deficiência hídrica na formação das plântulas.
84
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O PEG reduz a absorção de água pelas sementes de feijão, simulando condição de deficiência
hídrica.
A presença de PEG em solução de embebição ocasionou atraso na emissão da radícula das
sementes, porém esse efeito foi minimizado quando as sementes foram transferidas para solução de
SNP, e a presença do óxido nítrico também minimizou os efeitos da condição de deficiência hídrica na
formação das plântulas de feijão.
85
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90
CAPÍTULO IV
AÇÃO ANTIOXIDANTE DO ÓXIDO NÍTRICO EM SEMENTES
DE FEIJÃO (Phaseolus Vulgaris L.) SUBMETIDAS À DEFICIÊNCIA
HÍDRICA
91
RESUMO - O presente trabalho teve como objetivo investigar a ação antioxidante do óxido nítrico
(NO) em sementes de feijão sob condições de deficiência hídrica por meio de determinações
bioquímicas. Para realização do experimento foi utilizada solução de nitroprussiato de sódio (SNP),
doadora de NO, na concentração de 250 µmol.L
-1
e solução de polietileno glicol (PEG) 6000 no
potencial osmótico de -0,6 MPa. As sementes foram distribuídas em papel germitest, formando-se rolos
de papel, que foram umedecidos, primeiramente, com água destilada e solução de SNP 250 µmol.L
-1
.
As sementes permaneceram nessas condições por 18 h, a qual denominou-se embebição. Decorrido
esse período as sementes foram transferidas para novos rolos de papel que foram umedecidos com água
destilada (T1 e T2), solução de PEG -0,6MPa (T3 e T4) e solução de SNP 250 µmol.L
-1
(T5 e T6) e
após 12 e 36 h da transferência, as sementes foram coletadas e seus eixos embrionários foram retirados
para as avaliações bioquímicas. Foram determinados as atividades das enzimas peroxidases (POD),
superóxido dismutase (SOD) e os teores de lipoperóxidos. As enzimas antioxidades, POD e SOD,
apresentaram suas atividades reduzidas nos tratamentos onde as sementes estiveram em contato com a
solução de SNP (T2, T4 e T6), e os teores de lipoperóxidos, nessa mesma condição, também foram
reduzidos. Assim, sob condição de deficiência hídrica, as sementes de feijão formaram espécies
reativas de oxigênio, que foram removidas pelo óxido nítrico, diminuindo deste modo, substrato
disponível para as enzimas antioxidantes POD e SOD, bem como atuando na proteção contra
peroxidação de lipídios e dessa forma apresentando ação antioxidante.
Palavras-chave: óxido nítrico, deficiência hídrica, enzimas antioxidantes, Phaseolus vulgaris.
92
ABSTRACT – The present work aimed at investigating the antioxidant action of nitric oxide (NO) on
bean seeds under water-deficit conditions through biochemistry determination. A sodium nitroprusside
(SNP) solution, NO donor, at 250 µmol.L
-1
,
and a polyethylene glycol (PEG) 6000 solution, at -0.6
MPa osmotic potential, were used in the experiment. Seeds were distributed onto rolls of Germitest
paper previously moistened with distilled water and SNP solution, 250 µmol.L
-1
. They were kept in
such conditions for 18 h, and this period was called imbibition. Then, the seeds were transferred to new
rolls of paper moistened with distilled water (treatments T1 and T2), PEG solution, -0.6 MPa (T3 and
T4), and SNP solution, 250 µmol.L
-1
(T5 and T6). After 12 and 36 h, the seeds were collected and their
embryonic axes were removed for biochemical analyses. Peroxidases (POD) and superoxide dismutase
(SOD) activities as well as lipid peroxide content were determined. The antioxidant enzymes. POD and
SOD decrease activity in treatments the seeds in contact to SNP solution (T2, T4 and T6), and lipid
peroxide content, in condition identic, also decrease. Thus in water deficit bean seeds reactive oxygen
species were formed and NO removed the species, decrease substrate available for the antioxidant
enzymes POD and SOD as well as the protection against lipid peroxidation and present effect
antioxidant
Keywords: nitric oxide, water deficit, antioxidant enzymes, Phaseolus vulgaris.
93
INTRODUÇÃO
O nível de hidratação da semente, necessário para desencadear o processo germinativo pode
atingir valores como 32-35%, em sementes de milho, ou 48-50% como o requerido pelo feijão (Shioga,
1990). As condições hídricas do solo para as sementes, em que os potenciais osmóticos são muito
negativos, de modo geral, provocam atraso ou mesmo reduzem a porcentagem de germinação; o
mínimo de umidade, porém, a ser atingido pela semente para que a germinação ocorra, depende de sua
composição química e da permeabilidade do tegumento (Bradford, 1990).
A qualidade fisiológica das sementes é máxima por ocasião da maturidade fisiológica. A partir
deste momento, processos degenerativos de natureza física, fisiológica e bioquímica começam a
ocorrer, caracterizando a deterioração, que é evidenciada pela perda da integridade do sistema de
membranas, peroxidação de lipídios, acúmulo de substâncias tóxicas, entre outros (Santos et al., 2004).
As condições em que as sementes se encontram algumas vezes são adversas, tais como solos
salinos, sódicos e com deficiência hídrica. A diminuição da germinação de sementes submetidas ao
estresse hídrico é atribuída à redução das atividades enzimáticas (Braga et al., 1999).
Uma substância que tem sido utilizada para simular experimentalmente condição de estresse
hídrico é a de polietileno glicol (PEG), um polímero de elevada massa molecular, não iônico, inerte,
que não penetra pelas paredes celulares e não apresenta sinais de toxicidade (Knypel e Khan, 1981;
Steuter et al., 1981; Braccini et al., 1996; Moraes e Menezes, 2003).
O estresse hídrico quebra o equilíbrio oxidativo/redutivo (redox) em várias organelas celulares,
como os cloroplastos. O declínio na funcionalidade dos cloroplastos, inevitavelmente, leva à geração de
espécies reativas de oxigênio (ERO). Assim, a real função do ajuste osmótico poderia estar
potencialmente ligada à eliminação destas espécies, mas gerando, como função adicional, a retenção de
água (Nepomuceno et al., 2001).
As ERO são representadas pelos radicais superóxidos (O
2
-•
), radicais hidroxila (OH
-
), peróxido
de hidrogênio (H
2
O
2
) e oxigênio singleto (O
2
), cuja elevada produção acarreta estresse oxidativo nas
plantas (Richards et al., 1998; Tamás et al., 2004). Isto ocorre quando as ERO estão em quantidades
excessivas, ultrapassando a capacidade dos organismos de neutralizá-las com seus sistemas naturais
(Kuss, 2005).
O estresse oxidativo é conseqüência da alteração química das principais classes de
biomoléculas, causando severas injúrias como degradação de clorofila, alterações estruturais e
funcionais em proteínas, fragmentação de DNA, extravasamento de íons, peroxidação de lipídios e,
finalmente, morte celular (Scandalios, 1993; Smirnoff, 1993; Dodge, 1994; Foyer et al.,1994; Thérond
et al., 2000; Moller et al., 2007).
94
A resposta das plantas ao estresse oxidativo esta relacionada ao aumento da produção e ativação
de metaloenzimas, como a catalase, superóxido dismutases (Bowler et al., 1992; Scandalios, 1993; Salt,
2001) e peroxidases (Cakmak e Horst, 1991; Campa, 1991; Knörzer et al., 1996; Salt, 2001). A
formação de lipoperóxidos, que é uma das conseqüências da elevada produção de ERO, é um indicador
utilizado para se avaliar nas plantas o nível de estresse oxidativo (Verma e Dubey, 2003). Deste modo,
aumentos dos teores de lipoperóxidos elevam-se em plantas submetidas a severo estresse hídrico
(Baisak et al., 1994).
Em contrapartida, a função protetora do NO contra situações de estresses abióticos também tem
sido relatada, detectando-se aumento na tolerância à seca de algumas espécies de plantas por indução
do fechamento estomático (Mata e Lamattina, 2001; Neil et al., 2002). Também o NO exerce função na
tolerância de plantas ao estresse produzido sob condições de elevada temperatura e salinidade (Uchida
et al., 2002).
Alguns estudos têm mostrado que NO pode regular processos relacionados ao crescimento e
desenvolvimento de plantas. Nas sementes ele atua na indução do processo germinativo (Beligni e
Lamattina, 2000; Neil et al., 2002; Bethke et al., 2004) e inibição da respiração após a embebição,
sendo que na raiz promove o alongamento e formação das raízes adventícias (Beligni e Lamattina,
2001).
O presente trabalho teve como objetivo investigar a ação antioxidante do óxido nítrico em
sementes de feijão sob condições de deficiência hídrica por meio de determinações bioquímicas.
95
MATERIAL E MÉTODOS
Local e Material Vegetal
O presente trabalho foi conduzido no Laboratório de Xenobióticos do Departamento de
Química e Bioquímica do Instituto de Biociências da UNESP - Câmpus de Botucatu, São Paulo, Brasil.
Foram utilizadas no trabalho sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) do cultivar BRS
Radiante, cedidas pela Embrapa Arroz e Feijão – Santo Antônio de Goiás – GO, da Safra de 2004,
recebidas em Fevereiro de 2005.
Tratamentos: Óxido Nítrico e Deficiência Hídrica
Em experimento preliminar foi estabelecida a concentração da solução de nitroprussiato de
sódio (SNP), doadora de óxido nítrico (NO), que causou aceleração da germinação e o potencial
osmótico, obtido com polietileno glicol (PEG 6000), que causou atraso na germinação. A concentração
utilizada de SNP foi 250 µmol.L
-1
e o potencial osmótico de PEG foi -0,6 MPa, calculado por meio de
da equação de Michel e Kaufmamm (1973) para temperatura de 25ºC. Como controle foi utilizada a
condição de embebição em água destilada.
Condução do experimento
Foram utilizadas três repetições de 25 sementes de feijão distribuídas sobre duas folhas de papel
germitest e cobertas com uma terceira folha, formando-se rolos de papel. As folhas de papel foram
previamente umedecidas com as soluções dos diferentes tratamentos. O volume (mL) das soluções
utilizadas foi na proporção de duas vezes e meia o peso (g) do papel germitest seco, os rolos foram
acondicionados em bandejas plásticas, cobertas com plástico filme transparente com perfurações e
mantidos em câmaras de germinação (BOD) na temperatura de 25 ºC, na ausência de luz (Brasil, 1992).
Os papéis de germinação foram umedecidos com água destilada, solução de PEG 6000 -0,6
MPa
e solução de SNP 250 µmol.L
-1
. As sementes foram mantidas nestas condições por um período de
18 h, o qual denominou-se embebição, conforme especificado na Figura 1. Nesse período as sementes
de feijão apresentavam maior volume que o inicial, conforme observado visualmente, indicando
absorção das soluções.
Decorridas 18 h, as mesmas sementes foram transferidas para novos rolos de papel umedecidos
previamente com água destilada, solução de sulfato PEG 6000 -0,6 MPa e solução de
SNP 250 µmol.L
-
1
(Figura 1) e foram mantidos em câmara de germinação nas mesmas condições anteriormente
descritas.
96
SNP 250 µmol.L
-1
T2
SNP 250 µmol.L
-1
T2
Embebição Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Transferência após
18 h de embebição
água destilada
T1
água destilada
T1
água destilada
T2
água destilada
T2
SNP 250 µmol.L
-1
T4
SNP 250 µmol.L
-1
T4
Embebição Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Transferência após
18 h de embebição
SNP 250 µmol.L
-1
T6
SNP 250 µmol.L
-1
T6
Embebição Embebição
Transferência após
18 h de embebição
Transferência após
18 h de embebição
PEG -0,6 MPa
T4
PEG -0,6 MPa
T4
PEG -0,6 MPa
T3
PEG -0,6 MPa
T3
SNP 250 µmol.L
-1
T6
SNP 250 µmol.L
-1
T6
SNP 250 µmol.L
-1
T5
SNP 250 µmol.L
-1
T5
água destilada
T1
água destilada
T1
água destilada
T3
água destilada
T3
água destilada
T5
água destilada
T5
Figura 1. Esquema dos diferentes tratamentos (combinação das condições de embebição e
transferência) a que foram submetidas às sementes de feijão.
Coleta do Material
As sementes de feijão foram coletadas, seus eixos embrionários retirados e utilizados para as
determinações bioquímicas. As coletas foram realizadas nos períodos anterior e posterior a emissão da
radícula, respectivamente, às 12 e 36 h após a transferência das sementes para os novos tratamentos.
Os eixos embrionários foram coletados, independentemente da emissão da radícula e,
imediatamente embalados em saco plástico e em papel alumínio devidamente etiquetados. As amostras
foram em seguida congeladas em nitrogênio líquido (-195ºC) e armazenadas em freezer a -80ºC para
posterior extração e determinações bioquímicas.
97
Obtenção dos extratos enzimáticos
A obtenção dos extratos enzimáticos foi realizada segundo o método descrito por Sharma e
Sengupta (1987), por meio da homogeneização dos eixos embrionários em almofariz previamente
gelado em 20 mL de tampão fosfato de sódio 0,1 mol.L
-1
(4ºC) pH 7,5, contendo 7,5% (peso.volume
–1
)
de polivinilpolipirrolidona, além de uma pequena quantidade de areia lavada e esterilizada. O
homogeneizado obtido foi centrifugado a 14000 g durante 30 minutos a 4ºC e o sobrenadante contendo
o extrato enzimático foi armazenado em freezer a -20ºC.
Determinações Enzimáticas
Peroxidases (POD, EC 1.11.1.7): Pirogalol Peroxidase (PG-POD) e Guaiacol Peroxidase
(GC-POD).
As atividades da PG-POD e da GC-POD foram determinadas de acordo com as condições
citadas no trabalho de Teisseire e Guy (2000). A mistura de reação para cada tipo de peroxidase foi
composta de extrato enzimático, tampão fosfato de potássio 50 mmol.L
-1
pH 6,5, pirogalol 20 mmol.L
-1
ou guaiacol 0,25% (volume.volume
–1
) e peróxido de hidrogênio (H
2
O
2
) 5 mmol.L
-1
, num volume final
de 1,0 mL e mantida a temperatura ambiente durante 5 minutos.
As mudanças nas absorbâncias devido à formação da purpurogalina, para a PG-POD, e do
tetraguaiacol, para a GC-POD, foram medidas em espectrofotômetro no comprimento de onda de 430
nm e 470 nm, respectivamente.
Os coeficientes de extinção molar da purpurogalina (2,5 mmol.L
-1
.cm
-1
)
e do tetraguaiacol (26,6
mmol.L
-1
.cm
-1
) foram usados para calcular a atividade enzimática específica, expressas em µmol.L
-
1
.min
-1
.mg de proteína
-1
e nmol.L
-1
.min
-1
.mg de proteína
-1
, respectivamente. A razão da conjugação não
enzimática foi determinada pelo uso da mesma mistura de reação, sem o extrato enzimático.
Superóxido Dismutase (SOD, EC 1.15.1.1).
A atividade da SOD foi determinada de acordo com o método de Beauchamp e Fridovich
(1971), tendo como base a capacidade da enzima em converter radicais superóxido (O
2
-•
) em peróxido
de hidrogênio (H
2
O
2
) e oxigênio molecular. Foi utilizado no sistema de reação tampão fosfato de sódio
pH 7,8 (50 mmol.L
-1
), mistura de nitro blue tetrazolium (NBT) 33 µmol.L
-1
+ EDTA 0,66 mmol.L
-1
(5:4), mistura L-metionina 10 mmol.L
-1
+ riboflavina 0,0033 mmol.L
-1
(1:1) e extrato enzimático,
totalizando um volume de 3,0 mL. A mistura de reação foi mantida a 25ºC sob iluminação por um
98
período de dez minutos. A redução do NBT foi determinada por meio de leituras de absorbância em
espectrofotômetro a 560 nm.
Uma unidade enzimática (U) da atividade da SOD expressa em U.mg
-1
.proteína
-1
foi definida
como a quantidade de enzima necessária para causar 50% da inibição da razão de redução de NBT,
medida a 560 nm.
Conteúdo de Proteína Solúvel nos Extratos Enzimáticos
O conteúdo de proteína solúvel presente nos extratos utilizados para as determinações
enzimáticas foi estimado pelo método de Lowry et al. (1951), que utiliza o reagente de fenol Folin. As
leituras de absorbância foram realizadas em espectrofotômetro a 660 nm, utilizando como proteína de
referência a albumina sérica bovina (BSA). Os dados de proteína solúvel foram expressos em mg
proteína.
Quantificação dos Teores de Lipoperóxidos
A peroxidação de lipídios foi determinada pela técnica de Heath e Packer (1968), por meio de
determinação de malondialdeído (MDA), que é um produto da decomposição da peroxidação de
lipídios. Amostras de eixos embrionários de sementes, após a determinação de suas massas frescas (g),
foram homogeneizadas em 5 mL de solução contendo ácido tiobarbitúrico (TBA) 0,25% e ácido
ticloroacético (TCA) 10% e incubadas em banho fervente (90ºC) por 1 h. Após o resfriamento as
amostras foram centrifugadas em 10000 x g durante 15 minutos e o sobrenadante foi separado, no qual
foram realizadas leituras de absorbância a 560 e 600 nm. O coeficiente de extinção molar do
malondialdeído (155 mmol.L
-1
.cm
1
) foi utilizado para os cálculos. Os resultados foram expressos em
nmol
-1
.grama de tecido fresco
-1
.
Delineamento Experimental
Para cada coleta dos experimentos (12 e 36 h), adotou-se o delineamento experimental
inteiramente casualizado. Os dados foram submetidos à análise de variância, pelo teste F e as médias
comparadas pelo teste Tukey a 5% de probabilidade (Vieira e Hoffman, 1989). As médias foram
comparadas entre as mesmas condições de transferência: água destilada (T1 e T2), solução de PEG -
0,6MPa (T3 e T4) e solução de SNP 250 µmol.L
-1
(T5 e T6), para cada uma das coletas. As análises
foram realizadas no programa estatístico SISVAR (Ferreira, 2000).
99
100
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Foi possível observar na análise de variância para as determinações bioquímicas nas coletas
realizadas 12 (Tabela 1 A) e 36 h (Tabela 1 B) após a transferência das sementes, que ocorreu diferença
significativa dos resultados das PODs somente entre os tratamentos T3 e T4. Com relação aos
resultados da SOD, ocorreu diferença significativa entre todos os tratamentos de mesma condição de
transferência, com exceção para os tratamentos T3 e T4 às 12 h (Tabela 1 A). Também pode ser
verificada diferença significativa nos resultados de teores de lipoperóxidos entre os tratamentos de
mesma condição de transferência, na coleta realizada às 12 h (Tabela 1 A), sendo que às 36 h, somente
ocorreu essa diferença nos tratamentos T5 e T6.
101
Tabela 1.
Valores de F, CV e DMS obtidos na análise de variância dos dados referentes às enzimas Pirogalol Peroxidase (PG-POD),
Guaiacol Peroxidase (GC-POD) e Superóxido Dismutase (SOD) e Teores de Lipoperóxidos, determinados a partir de 25 eixos embrionários
de sementes de feijão, CV. BRS Radiante, submetidas às condições de embebição (18 h) e transferência: T1 embebição em água destilada e
transferência para água destilada; T2 embebição em solução de SNP 250 µmol.L
-1
e transferência para água destilada; T3 embebição em
água destilada e transferência para solução de PEG -0,6MPa; T4 embebição em solução de SNP 250 µmol.L
-1
e transferência para solução
de PEG -0,6MPa; T5 embebição em água destilada e transferência para solução de SNP 250 µmol.L
-1
; T6 embebição em solução de SNP
250 µmol.L
-1
e transferência para solução de SNP 250 µmol.L
-1
. Eixos coletados após 12 h (A) e 36 h (B) da transferência das sementes.
(A)
PG-POD GC-POD SOD Teores de Lipoperóxidos
Tratamentos F CV% DMS F CV% DMS F CV% DMS F CV% DMS
T1, T2
3,169
NS
75,63 2,230 0,924
NS
12,22 0,106 114,560* 4,70 0,879 8,708** 6,95 8,52
T3, T4
7,946**
65,52 4,480 12,253** 19,23 4,480 0,002
NS
15,33 2,614 11,097** 8,87 12,197
T5, T6
4,538
NS
46,16 1,911 0,778
NS
42,69 0,524 48,947* 6,50 1,268 24,174* 12,54 14,283
(B)
PG-POD GC-POD SOD Teores de Lipoperóxidos
Tratamentos F CV% DMS F CV% DMS F CV% DMS F CV% DMS
T1, T2
1,725
NS
30,36 1,135 4,677
NS
42,59 24,821 8,076** 29,77 4,317 0,243
NS
20,93 8,191
T3, T4
12,149**
21,94 0,692 86,228* 16,33 5,438 12,152* 6,61 0,895 1,395
NS
16,24 13,548
T5, T6
0,549
NS
59,51 2,601 0,963
NS
26,20 11,856 11,059** 1,722 51,675* 7,56 3,48514,49
** significativo a 1% de probabilidade, * significativo a 5% de probabilidade e NS não significativo.
Os dados das análises bioquímicas foram representados nas Figuras 2 e 3, respectivamente às 12
e 36 h após a transferência das sementes.
Nas Figuras 2A e 2B e 3A e 3B, os resultados das peroxidases indicam redução da atividade
dessas enzimas nos eixos onde as sementes estiveram em contato com solução SNP (T2, T4 e T6),
exceto em T6 às 12 h (Figura 2B). O material embebido em solução de SNP e transferido para PEG
(T4), apresentou redução significativa da atividade da PG-POD e da GC-POD nas duas coletas,
indicando que o óxido nítrico apresentou efeito protetor às sementes submetidas à condição de estresse.
A atividade da SOD (Figuras 2C e 3C) também sofreu redução nos tratamentos onde as sementes foram
submetidas à solução de SNP (T2, T4 e T6), exceto para o T4 às 36 h (Figura 3C).
A presença do óxido nítrico na solução de transferência dos tratamentos ocasionou redução do
substrato para atividade enzimas antioxidantes, peroxidases e superóxido dismutase, atuando ele
próprio como um antioxidante.
Embora alguns autores considerem o NO como um agente indutor de estresse (Leshem, 1996),
outros têm relatado seu papel protetor (Beligni e Lamattina, 1999 a, b; Kao e, Hsu 2004; Laspina et al.,
2005), da mesma forma como observado nos resultados do presente trabalho.
Foi evidenciado que o NO neutralizou a toxicidade de espécies reativas de oxigênio (ERO)
geradas pelos herbicidas diquat e paraquat em plantas de batata (Beligni e Lamattina, 1999b) e arroz
(Hung et al., 2002), e Laxalt et al. (1997) relataram que o NO foi capaz de evitar parcialmente a
degradação de clorofila, onde postularam sua capacidade na eliminação das ERO em folhas de batata
infestadas por Phytophtora infestans.
Caro e Puntarulo (1998) e Kopyra e Gwózdz (2003), observaram uma função antioxidante do
NO em raízes sob condições de estresse, atribuído a ele a redução na quantidade de radicais
superóxido, como resultado da eliminação direta desses elementos.
Xing et al. (2004) verificaram que o NO está envolvido com a tolerância a condição de estresse
osmótico em plântulas de trigo, o que é semelhante a condição de deficiência hídrica a que foram
submetidas as sementes de feijão.
Foi observada redução dos teores de lipoperóxidos nos eixos das sementes de feijão que foram
embebidas em solução de SNP, independentemente da condição de transferência (Figura 2 D e 3D).
Esse comportamento indica que houve menores danos ao sistema de membranas das células, fato esse
atribuído à presença do óxido nítrico na solução.
Em trabalhos com metais como cobre, níquel, alumínio e cádmio foi verificado a indução da
peroxidação de lipídios em Silene cucubalus (De Vos et al., 1989), trigo (Pandolfini et al., 1992), soja
(Cakmak e Horst, 1991) e feijão (Somashekariah et al., 1992).
102
Em ambiente natural, as respostas antioxidativas de plantas às variações abióticas são induzidas
por mecanismos que resultam em adaptações, isso porque fatores ambientais extremos levam ao
aumento das concentrações das espécies reativas de oxigênio, e, conseqüentemente, estimulam do
mesmo modo os antioxidantes (Ghezzi e Bonetto, 2003; Kuk et al., 2003; Apel e Hirt, 2004; Bulbovas
et al., 2005; Foyer e Noctor, 2005; Gechev et al., 2006).
A função protetora do NO em plantas submetidas a deficiência de ferro e por outras situações
estressantes tem sido relatada, mostrando que sua presença reduz o acúmulo de H
2
O
2
e de O
2
(Prats et
al., 2005). Outros estudos têm indicado que a presença de NO protege a membrana lipoprotéica dos
danos oxidativos (Sun et al., 2007).
103
Figura 2. Atividade das enzimas pirogalol peroxidase (A), guaiacol peroxidase (B), superóxido dismutase (C)
e teores de lipoperóxido (D), determinadas no extrato obtido de 25 eixos embrionários de sementes de feijão
submetidas as condições de embebição (18 h) e transferência. T1 embebição em água destilada e transferência
para água destilada; T2 embebição em solução de SNP 250 µmol.L
-1
e transferência para água destilada; T3
embebição em água destilada e transferência para solução de PEG -0,6MPa; T4 embebição em solução de
SNP 250 µmol.L
-1
e transferência para solução de PEG -0,6MPa; T5 embebição em água destilada e
transferência para solução de SNP 250 µmol.L
-1
; T6 embebição em solução de SNP 250 µmol.L
-1
e
transferência para solução de SNP 250 µmol.L
-1
. Coleta realizada após 12 h da transferência. Significativo a
1% (**) e a 5% (*) de probabilidade.
Tratamentos Tratamentos
Tratamentos Tratamentos
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
*
*
*
*
µ
mol . min
-
1
. m
g
p
rot
-
1
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
nmol.min
-1
.mg prot
-1
0
1
2
3
4
5
6
*
*
*
*
B
A
nmol . min
-
1
. m
g
p
rot
-
1
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
µmol.min
-1
.mg prot
-1
nmol .
g
de tecido fresco
0
15
30
45
60
75
*
*
**
**
**
**
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
D
nmol. g de tecido fresco
-1
0
3
6
9
C
12
U. mg prot
-
1
U. mg prot
-1
*
*
*
*
T
3
T
4
T
5
T
6
T
1
T
2
104
0
8
16
24
32
40
*
*
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
**
**
Figura 3. Atividade das enzimas pirogalol peroxidase (A), guaiacol peroxidase (B), superóxido desmutase
(C) e teores de lipoperóxido (D), determinadas no extrato obtido de 25 eixos embrionários de sementes de
feijão submetidas as condições de embebição (18 h) e transferência. T1 embebição em água destilada e
transferência para água destilada; T2 embebição em solução de SNP 250 µmol.L
-1
e transferência para água
destilada; T3 embebição em água destilada e transferência para solução de PEG -0,6MPa; T4 embebição em
solução de SNP de 250 µmol.L
-1
e transferência para solução de PEG -0,6MPa; T5 embebição em água
destilada e transferência para solução de SNP 250 µmol.L
-1
;
T6 embebição em solução de SNP 250 µmol.L
-1
e
transferência para solução de SNP 250 µmol.L
-1
. Coleta realizada após 36h da transferência. Significativo a
1% (**) e a 5% (*) de probabilidade.
µ
mol . min
-
1
. m
g
p
rot
-
1
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
nmol . min
-
1
. m
g
p
rot
-
1
T
1
T2
T
3
T
4
T
5
T
6
0
2
4
6
8
10
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
U. m
g
p
rot
-
1
U. m
g
p
rot
-1
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
T
6
Tratamentos
C D
Tratamentos
0
8
16
24
32
40
*
*
T5 T6 T3 T4 T1 T2
nmol. g de tecido fresco
-1
µmol.min
-1
.mg prot
-1
A B
nmol.min
-1
.mg prot
-1
Tratamentos Tratamentos
105
CONSIDERAÇÕES FINAIS
As determinações bioquímicas mostraram que o óxido nítrico reduziu os substratos disponíveis
para enzimas peroxidases e SOD, bem como atuou na proteção contra peroxidação de lipídios,
apresentando ação antioxidante em sementes de feijão submetidas à deficiência hídrica.
106
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112
CONCLUSÕES
113
CONCLUSÕES
O óxido nítrico e o sulfato de alumínio exercem efeito na germinação de sementes de feijão,
acelerando e atrasando esse processo respectivamente, e também sobre a massa fresca dos eixos
embrionários.
O alumínio impede a formação e o desenvolvimento de plântulas de feijão e o óxido nítrico não
é eficiente na minimização desse efeito.
A deficiência hídrica ocasiona atraso na germinação das sementes e o óxido nítrico é eficiente
na redução dos efeitos dessa condição e na formação das plântulas de feijão.
O óxido nítrico atua como antioxidante em sementes de feijão quando estas são submetidas à
deficiência hídrica.
114
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