título do resumo

APLICAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS CONTENDO DOADOR DE ÓXIDO
NÍTRICO NA PROTEÇÃO CONTRA OS EFEITOS DO ESTRESSE SALINO
EM PLANTAS DE MILHO.
Bruna Cristina Rodrigues Gomes (CNPq)1, Amedea Barozzi Seabra2, Halley
Caixeta Oliveira1, e-mail: [email protected]
1Universidade
Estadual de Londrina/Departamento de Biologia Animal e
Vegetal/CCB.
2 Universidade Federal do ABC/Centro de Ciências Humanas e Naturais.
Área e subárea do conhecimento: Botânica/Fisiologia Vegetal.
Palavras-chave: nanotecnologia, salinidade, Zea mays L.
Resumo
O óxido nítrico (NO) é uma molécula sinalizadora envolvida na resposta vegetal
a alta salinidade no solo. A aplicação de doadores de NO na agricultura através
de nanopartículas carreadoras é uma estratégia para diminuir a instabilidade
desse composto facilmente degradável. Nesse trabalho objetivou-se avaliar o
efeito da aplicação de nanopartículas de quitosana/tripolifosfato de sódio (NP)
contendo o doador de NO ácido S-nitroso-mercaptosuccicínico (MSA-NO) na
proteção de plantas de milho (Zea mays L.) contra os efeitos da salinidade. As
plantas foram cultivadas em casa de vegetação e o estresse foi induzido
adicionando 300 mM de NaCl. Além do sal, os vasos receberam soluções de
NP MSA-NO, MSA-NO livre (sem NP) e NP MSA (sem NO) em duas
concentrações (0,05 mM e 0,1 mM). A menor concentração de NPs MSA-NO
preveniu os efeitos da salinidade sobre a taxa de crescimento relativo da raiz,
teor de clorofilas totais, razão clorofila a / b, eficiência quântica máxima do FSII,
taxa de transporte de elétrons no FSII e também sobre os sintomas visuais.
Essa mesma concentração de MSA-NO (sem NP) não evitou os efeitos
negativos do excesso de sal sobre as plantas de milho, sendo necessária a
maior concentração para obter o efeito protetor. Comprovou-se também que a
proteção se deu exclusivamente pela presença de NO e não por outro
componente das NPs ou pelo MSA. Os resultados mostram a vantagem do uso
das NPs MSA-NO em relação ao doador de NO livre na proteção de plantas de
milho sob estresse salino.
Introdução e objetivo
Quase metade das terras irrigadas e 20% das terras cultivadas do mundo são
afetadas pela salinidade, fator limitante para terras agrícolas produtivas (ZUH,
2001). Os efeitos da salinidade nas plantas causam diversos problemas como
a limitação na abertura estomática e da taxa de fotossíntese líquida, causando
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a diminuição do crescimento das plantas sob estresse, além de causar danos
oxidativos no fotossistema (FSII), reduzindo a sua eficiência (ZHANG et al.,
2009).
Solos salinos causam prejuízos também à estabilidade do solo, pois
afetam suas características físicas e mecânicas, a estrutura dos agregados,
bem como a permeabilidade da água por todo o perfil. O milho (Zea mays L.
Poaceae) possui boa tolerância à salinidade; no entanto, dependendo do nível
em que esse excesso de sal esteja na área, pode ocorrer a queda na
produtividade dessa cultura levando a planta à morte por toxicidade.
O óxido nítrico (NO) é um radical livre que atua como molécula
sinalizadora chave, tendo múltiplas funções biológicas nas plantas. Nos últimos
anos, vem sendo demonstrado o envolvimento do NO na tolerância de plantas
à salinidade. Portanto, a aplicação exógena de NO alivia drasticamente os
problemas causados pelo excesso de sal nas plantas (WU et al., 2010). Por ser
um gás solúvel em água, o uso de sistemas de carreamento baseados em
nanopartículas poderia propiciar uma liberação controlada do bioativo podendo
prolongar o seu tempo de ação (GHORMADE; DESHPANDE; PANKNIKAR et
al., 2011). Todavia, essa estratégia ainda não foi testada em plantas.
No presente trabalho foi realizado testes para avaliar os parâmetros
morfofisiológicos de plantas de milho sob estresse salino após a aplicação de
nanopartículas contendo doador de NO, comparando-se com a aplicação do
doador de NO sem as nanopartículas, com o objetivo de encontrar uma
concentração de NPs MSA-NO mais eficiente na proteção das plantas de milho
em relação a essa mesma concentração de doador livre (MSA-NO).
Procedimentos metodológicos
Foram utilizadas sementes de milho (Zea mays L.) (híbrido simples DKB290
Monsanto), germinadas em vasos de plástico contendo areia suplementada
com solução nutritiva completa, mantendo quatro plantas por vaso. O
tratamento foi iniciado após três semanas da semeadura, sendo realizada uma
rega por dia, com as formulações, durante três dias consecutivos.
Os tratamentos foram: controle (recebeu apenas água destilada); NaCl
(recebeu apenas a solução aquosa de NaCl); os tratamentos nos quais as
plantas foram regadas com a solução salina e NPs contendo o doador de NO
(NP MSA-NO) nas concentrações de 0,05 mM e 0,1 mM; os tratamentos com a
solução salina e o doador de NO sem a presença das nanopartículas (MSANO) nas concentrações de 0,05 mM e 0,1 mM e também os tratamentos com
as soluções de NPs MSA sem a presença do NO, nas concentrações de 0,05
mM e 0,1 mM, visando comprovar que a proteção das plantas de milho foi
devida ao NO liberado.
As análises morfológicas foram feitas pesando massa seca de raiz e
parte aérea, além da observação dos sintomas visuais. Também foi calculada a
taxa de crescimento relativo (TCR, mg g-1 dia-1) de raízes e da parte aérea
(HUNT, 1982).
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Foi realizada a dosagem espectrofotométrica das clorofilas e a medida
da fluorescência da clorofila a utilizando um fluorômetro OS1p (Opti Sciences)
que permitiu verificar a eficiência máxima do fotossistema II (razão Fv/Fm) e a
existência de fotoinibição em folhas intactas (SHIMIZU et al., 2006). Também
foram realizados testes com folhas adaptadas à luz para a determinação da
eficiência efetiva do fotossistema II (YII) e da taxa relativa de transporte de
elétrons por esse fotossistema (rETR)
Os dados quantitativos foram submetidos a uma análise de variância e,
quando significativas, as médias foram comparadas pelo teste de Tukey
(P<0,05).
Resultados e discussão
Esse é o primeiro estudo realizado sobre a eficiência da aplicação de
nanomateriais como carreadores de um doador de NO na proteção de plantas
de milho submetidas ao estresse salino. Os resultados obtidos comprovaram a
hipótese de que a aplicação de um doador de NO seria mais eficiente na
proteção das plantas de milho contra os efeitos da salinidade quando
associado às nanopartículas, em relação ao doador livre. Por exemplo, com a
aplicação do estresse salino, a TCR da raiz reduziu de 59,7 ± 5,7 para 22,0 ±
6,1 mg g-1 dia-1. Na presença de nanopartículas contendo MSA-NO a 0,05 mM,
as plantas submetidas ao estresse salino mantiveram a TCR da raiz em 59,1 ±
4,4 mg g-1 dia-1 (estatisticamente igual ao controle), ao passo que na presença
de MSA-NO 0,05 mM a TCR da raiz foi de apenas 15,1 ± 8,9 mg g-1 dia-1
(estatiscamente igual ao estresse salino sem formulações).
De forma semelhante, ao serem aplicadas na concentração de 0,05 mM,
as nanopartículas contendo MSA-NO preveniram os efeitos deletérios do alto
teor de sal sobre o teor de clorofilas totais, razão clorofila a / b, eficiência
quântica máxima do FSII, taxa de transporte de elétrons no FSII e também
sobre os sintomas visuais. Essa mesma concentração de doador livre não foi
suficiente para evitar os efeitos negativos do sal sobre as plantas de milho,
sendo necessário fazer a aplicação de 0,1 mM do doador de NO livre para
obter resultados positivos.
A maior eficiência na proteção das plantas de milho sob estresse salino
pelo NO foi observada nos tratamentos com a aplicação das formulações
associadas às nanopartículas. Tal resultado pode ser atribuído à proteção que
o nanomaterial tem sobre o doador de NO, evitando a sua degradação rápida
em contato com a luz e sob elevadas temperaturas (MARCATO et al., 2013).
É importante destacar que a prevenção dos efeitos do excesso de sal
sobre as plantas aconteceu devido à liberação do NO a partir do MSA-NO, e
não pelo MSA ou qualquer outro componente das nanopartículas. De fato, não
houve proteção das plantas sob estresse salino em nenhum dos parâmetros
analisados quando feita a aplicação de nanopartículas contendo MSA não
nitrosado, que não tem a capacidade de liberar NO.
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O NO desempenha na fisiologia das plantas, como o crescimento do
tubo polínico, a senescência foliar, o amadurecimento de frutos, o crescimento
da raiz, a germinação das sementes, e o fechamento dos estômatos
(BAUDOUIN, 2011). Assim, há um grande potencial de aplicação das NPs
liberadoras de NO na agricultura, sendo que o presente trabalho deve
incentivar estudos futuros a campo testando diversas aplicações potenciais dos
nanocarreadores de doadores de NO no cultivo de plantas.
Conclusão
Conclui-se então que a aplicação de nanopartículas contendo doadores de NO
são de fato mais eficientes na proteção de plantas de milho contra os efeitos do
estresse salino quando comparadas ao doador de NO livre (sem
nanopartículas). E, que esse efeito protetor se dá exclusivamente à liberação
de NO e não aos componentes das NPs ou do MSA.
Agradecimentos
Ao CNPq pela concessão da bolsa e a Milena Trevisan Pelegrino pelo preparo
das formulações.
Referências
BAUDOUIN, E. The language of nitric oxide signaling. Plant Biology, v.13, p.
233–242, mar 2011.
GHORMADE, V.; DESHPANDE, M. V.; PAKNIKAR, K. M. Perspectives
for nano-biotechnology enabled protection and nutrition of plants.
Biotechnology Advances, v. 29, n. 12, p. 792-803, jun 2011.
HUNT, R. Plant growth curves. The functional approach to plant growth
analysis. Pp, 248, Edward Arnold, London, 1982.
MARCATO, P. D.; ADAMI, L. F.; BARBOSA, R. M.; MELO, P. S.; FERREIRA,
I. R.; de PAULA, L.; DRUÁN, N.; SEABRA, A. B. Development of a sustainedrelease system for nitric oxide delivery using alginate/chitosan nanoparticles.
Current Nanoscience, v.9, n.1, p. 1-7, feb 2013.
SHIMIZU, M.; ISHIDA, A.; TANGE, T.; YAGI, H. Leaf turnover and growth
responses of shade-grown saplings of four Shorea rain forest species to a
sudden increase in light. Tree Physiology, v. 26, n. 8, p. 449-457, jun 2006.
ZHANG, L. G.; ZHOU, S.; XUAN, Y.; SUN, M., ZHAO, L. Q. Protective effect of
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ZUH, J. K. Plant salt tolerance. Trends in Plant Science, v.6, n, 5, p. 66-71,
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WU, X. X.; DING, H. D.; CHEN, J. L.; ZHANG, H. J.; ZHU, W. M. Attenuation of
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(Lycopersicon esculetum Mill. L.) seedlings. African Journal of Biotechnolog,
v.9(46), n. 9, p.7837-7846, nov 2010.
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