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Respostas Bioquímicas Durante a Indução de Estresse Salino em Plantas
de Pimentão Cultivadas em Sistema Fertirrigado.
Fernando Broetto1; Marcelo Leonardo2; Roberto Lyra Villas Bôas3; Rafael Simões
Almeida1; José Abramo Marchese4; Magali Regina1; Fábio Bechelli Tonin1
1
UNESP-IB, Depto de Química e Bioquímica, 18618-000, Botucatu-SP; 2UNESP-FCA, Depto. de Engenharia Rural, C.
P. 237, 18603-970, Botucatu-SP; 3UNESP-FCA, Depto. de Recursos Naturais/Ciência do Solo, C.P. 237, 18603-970;
CEFET-PR, Lab. Bioquímica e Fisiologia Vegetal, 85503-390 Pato Branco PR.
RESUMO
O cultivo protegido aliado a fertirrigação, tem se estabelecido no Brasil como alternativa
econômica para várias espécies hortícolas. Ultilizando-se esta estratégia, conduziu-se um
experimento com planta de pimentão (Capsicum annuum L.) híbrido Elisa, com o objetivo de
estudar possíveis impactos na produção de frutos, decorrentes do aumento da concentração
salina no solo. Desta forma as concentrações de sais foram alteradas, visando obter valores
elevados de condutividade elétrica no solo (CE), adotando os valores observados na
fertirrigação tradicional, como controle. Além desta prática, verificou-se também a possibilidade
de atenuação do estresse salino com a aplicação de matéria orgânica no solo. O aumento da
CE do solo induziu ao aumento da concentração de L-prolina e da atividade da enzima
superoxido dismutases (SOD). Por outro lado, verificou-se que o estresse salino inibiu a
atividade da enzima Catalase. Concluiu-se ainda que o monitoramento da CE do solo é uma
ferramenta indispensável para se alcançar êxito no cultivo fertirrigado, sendo viável a utilização
da atividade das enzimas do sistema de resposta antioxidativo, assim como concentração de
L-prolina como marcadores bioquímicos de tolerância ao estresse salino.
Palavras- chave: Capsicum annuum L., fertirrigação, condutividade elétrica do solo, enzimas.
ABSTRACT
Biochemical responses during the salt stress induction in bell pepper plants cultivated
under fertigation system.
The protected cultivation allied to a fertigation system has been established in Brazil as an
economic alternative to a variety of horticultural species. Utilizing this strategy, an Elisa hybrid
bell pepper (Capscum annuum L.) culture was conducted with the purpose to evaluate possible
production impacts due to an increase of saline soil concentration. Therefore, saline
concentration was altered aiming to obtain elevated values of soil electric conductivity (EC),
4
utilizing as control, values observed on the traditional fertigation system. Beyond this, it was
also verified the possibility of saline stress attenuation by the application of organic material on
the soil. Due to increasing of the soil EC, we verified that the content of L-proline and
superoxide dismutases (SOD) activity was higher when compared with the control set plants.
Intriguingly, the stressed plants presented a decrease in the catalase activity. In conclusion, our
experiments indicate that the EC monitoring procedures are an effective toll in order to achieve
success on the fertigation production, making possible the enzyme activity of the antioxidative
response system and proline contents as a biochemical marker to the stress tolerance.
Keywords: Capsicum annuum L., fertigation, soil electrical conductivity, enzymes
INTRODUÇÃO
Um dos grandes riscos do uso da fertirrigação, dada a natureza intensiva da atividade, é o
processo de salinização principalmente se o solo já contém elevado teor de sais solúveis.
Aplicações excessivas de fertilizantes, utilização de água salina e o formato do bulbo molhado
em gotejamento, fazem com que ocorra acúmulo de sais na superfície do solo e na periferia do
bulbo. Em condições salinas, ocorre redução na disponibilidade de água para as plantas, em
função da redução do potencial total de água no solo, ocasionado pela contribuição da
salinidade havendo um maior gasto de energia para a absorção da mesma. A possibilidade do
aumento do potencial salino do solo é maior em cultivo protegido, sendo que com a
fertirrigação evita-se grandes flutuações na concentração de nutrientes na solução do solo.
Este fator pode significar um aspecto favorável na produtividade, principalmente para o
pimentão que é considerado uma cultura moderadamente sensível a salinidade (1,5 dS m-1 de
condutividade elétrica, segundo Mass & Holfman, 1977).
Sob condições ambientais adversas, os vegetais podem apresentar capacidade de resposta
através de alteração de seu metabolismo, principalmente quando o fator estressante induz a
formação de espécies reativas de oxigênio. Dentre as formas de resposta antioxidativa,
destaca-se a atividade da enzima superoxido dismutases (SOD) e catalases, que atuam na
dismutação de agentes oxidantes e nocivos, principalmente em nível de membrana. A SOD
catalisa a dismutação de um radical superoxido até peróxido de hidrogênio. Juntamente com a
enzima ascorbato peroxidase (APX), as catalases terminam a dismutação dos peróxidos a’te
água, eliminando o risco de oxidação dos lipídeos de membrana.
O presente experimento teve como objetivos o estudo da elevação da EC no solo e suas
conseqüências estressantes para as plantas de pimentão. Como marcadores bioquímicos,
estudou-se a atividade da enzima SOD, catalases e acúmulo de prolina no estrato bruto.
MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi conduzido em túnel plástico utilizando-se vasos de amianto com 30 L
contendo um Latossolo Vermelho Escuro Distrófico textura média com as seguintes
características químicas: pH(CaCl2) de 4,2; 14 g dm-3 de M.O.; 2 mg dm-3 de P (resina), 0,2; 4 e
1 mmolc dm-3 de K, Ca e Mg, respectivamente, e V de 6%.
Foi aplicado calcário dolomítico (PRNT = 91%) para elevar a V a 80%, e 150 mg L-1 de P no
solo, sendo 75 mg P aplicado como superfosfato simples e 75 mg P na forma de termofosfato
contendo enxofre e micronutrientes. Nos tratamentos onde se utilizou matéria orgânica foram
aplicados 260 g de esterco de curral seco por vaso equivalente a 20 t ha-1. O delineamento
experimental foi inteiramente casualizado, em esquema fatorial 4 x 2, com 4 repetições sendo
4 doses de adubo com presença e ausência de matéria orgânica.
Nos vasos do tratamento controle foi aplicado 0,24 g planta-1 de N, na forma de nitrato
de cálcio e 0,2 g planta-1 de K na forma de KCl, de forma parcelada a cada 3 dias Segundo
Villas Bôas (2000), mantendo-se a CE do solo em torno de 1,5 dS m-1(limite para a cultura do
pimentão). De acordo com as equações de salinização do solo obtidas por Leonardo (2003),
(CE=0,053g Ca(NO3)2+0,4029 e CE=0,0967g KCl+0,38) foram aplicados as quantidades de
nitrato de cálcio e cloreto de potássio para elevar a CE para valores 2X (3,0 dS/m), 3X (4,5
dS/m) e 4X (6,0 dS/m) os valores considerados controle (1,5 dS/m). Os adubos citados foram
aplicados em solução, através de sistema de gotejamento por gravidade adaptado (garrafas
do tipo Pet de 2 L).
O extrator de solução do solo e o tensiômetro de punção, foram instalados a uma distância de
15 cm da planta e a uma profundidade de 20 cm do centro da cápsula porosa. Dependendo do
comportamento da CE do solo, medida quinzenalmente a dose dos adubos foi aumentada ou
diminuída, de acordo com a equação de salinização do solo.
Conforme planejado para o conjunto dos experimentos, procedeu-se as coletas de folhas para
as análises de parâmetros bioquímicos como a atividade de enzimas SOD e Catalase do
sistema de resposta antioxidativa, e a concentração de prolina . As folhas expandidas foram
coletadas da região mediana das plantas, acondicionadas em frascos do tipo falcon e
imediatamente imersas em N líquido para congelamento rápido. Após a coleta, as amostras
foram armazenadas em Freezer a – 80 C.
metodologia descrita por Broetto et al. (2002).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As análises foram efetuadas conforme
Analisando-se os resultados apresentados na Tabela 1, observou-se que houve influência
significativa para os níveis de CE e a suplementação de MO em relação a atividade da enzima
SOD e do teor de prolina sendo que a atividade da enzima catalase em relação aos níveis de
CE não foi significativo e significativo à suplementação de MO. Por outro lado, a interação
entre a (MO X CE) não apresentaram diferenças significativas, exceto para o teor de prolina.
Tabela 1: : Análise de variância da atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD) e
catalase (CAT), e o teor de prolina em folhas de plantas pimentão Elisa em função
de diferentes níveis de CE e na presença ou não de matéria orgânica.
Causa de variação
GL
Níveis de condutividade 3
Matéria Orgânica
1
Interação (CE x MO)
3
CV
* significativo ao nível de 1%
SOD
0,0001*
0,0157*
0,6844ns
15,09
CAT
0,0679ns
0,0412**
0,2398ns
114,83
Prolina
0,0001*
0,0007*
0,0001*
3,16
** significativo ao nível de 5%
ns não significativo
Analisando-se os resultados da análise de variância apresentada na Tabela 1, verificou-se que
houve variação significativa (teste F a 5 %) para todos os tratamentos com diferentes níveis de
CE e/ou matéria orgânica exceto para a análise da atividade da enzima catalase que não
55
45
35
y = -1,275x2 + 13,597x + 17,94 (MO)
R2 = 0,9649
25
y = -1,4575x + 13,901x + 16,133 (SMO)
R2 = 0,9673
2
15
UI . µg prot -1
U SOD . µg prot -1
houve significância a 5% para diferentes níveis de CE e para interação CE x MO.
5
1,5
3
4,5
6
CE (dS/m)
55
50
45
40
35
30
25
1,5 dS/m
3,0 dS/m
4,5 dS/m
6,0 dS/m
36
51
78
108
146
DAT
Figura 1A: Média da atividade da enzima SOD e Figura 1B: Valores da atividade da enzima
SOD em folhas durante o ciclo de plantas de pimentão Elisa em função de diferentes CE do
solo.
Observa-se na Figura 1A, que a atividade da enzima SOD, apresentou correlação com o
aumento da CE do solo. Para o tratamento controle a atividade da enzima foi menor em cerca
de 33, 56 e 71 %, comparada à atividade devido aos tratamentos com 3,0, 4,5 e 6,0 dS/m
de CE. A enzima SOD correspondeu às expectativas como marcador bioquímico do
estabelecimento de reações antioxidativas típicas, agindo na dismutação de espécies reativas
de oxigênio, comuns em situação de estresse ambiental.
A aplicação de matéria orgânica foi significativa, como observado na Tabela 1, apresentando
algum fator que estimulou a atividade da enzima, porém sem relação direta com atenuação
devido ao aumento da CE. Os mecanismos que estariam fomentando esta interação não foram
objeto de estudo dos experimentos. A Figura 1B apresenta o comportamento da atividade da
SOD, durante o desenvolvimento da cultura. Observa-se que para todos os tratamentos a
enzima não houve grandes oscilações para as diferentes coletas realizadas. Como exceção,
verificou-se que aos 78 DAT quando a planta entra em um período de transição entre o estádio
vegetativo para o reprodutivo, a atividade da enzima diminuiu. Esta diminuição de atividade
voltou a ocorrer no final do ciclo.
A enzima SOD apresenta aumento de atividade, sempre que as plantas são submetidas a um
ambiente estressante, como salinidade, altas temperaturas, estresse hídrico, alta intensidade
luminosa, ataque fitopatogênico e ou insetos, entre outros (Broetto et al, 2002).
-1
y = 12,88x2 - 84,216x + 239,84 (MO)
R2 = 0,8312
150
120
90
60
30
y = -10,778x2 + 27,22x + 98,573 (SMO)
R2 = 0,7208
0
1,5
3
CE (dS/m)
4,5
6
mKat . mg prot
mKat . m g prot.-1
180
360
315
270
225
180
135
90
45
0
1,5 dS/m
3,0 dS/m
4,5 dS/m
6,0 dS/m
36
51
78
DAT
108
146
Figura 2A: Média da atividade da enzima CAT e Figura 2B: Valores da atividade da enzima
CAT em folhas durante o ciclo de plantas de pimentão Elisa em função de diferentes CE do
solo.
Conforme pode ser observado na Figura 2B, a atividade da catalase variou pouco,
considerando-se os diferentes valores de CE, até os 78 DAT. Após este período e até o final
do ciclo da cultura, registrou-se aumento drástico na atividade da enzima. Este evento pode ter
relação com um aumento das taxas de respiração celular, em função da alteração das rotas
metabólicas (catabolismo) relacionadas com o florescimento, com maior ênfase para o
controle. Como estas reações elementares, ocorrem em nível de mitocôndrias e peroxissomos,
postula-se que a atividade da catalase tenha acompanhado os eventos de dismutação de
peróxido de hidrogênio, em cooperação com a enzima ascorbato peroxidase.
y = -0,265x2 + 2,483x + 0,685 (MO)
R2 = 0,9737
y = 0,055x2 + 0,679x + 2,455 (SMO)
R2 = 0,8367
1,5
3
4,5
CE (dS/m)
6
µM . g -1 MF
µM / g MF+f
13
7
6
5
4
3
2
1
0
11
1,5 dS/m
9
3,0 dS/m
7
4,5 dS/m
5
6,0 dS/m
3
1
36
51
Figura 3A: Média do teor de prolina e Figura 3B: Valores do teor
78
108
deDAT
prolina
146
em folhas durante
o ciclo de plantas de pimentão Elisa em função de diferentes CE do solo.
Baseado na Figura 3A, pode-se afirmar que o teor de prolina encontrado nas folhas aumentou
em resposta a CE do solo. Nessa correlação o controle apresentou teores de 40, 81 e 92 %
menor que os observados nos tratamentos conduzidos a 3,0, 4,5 e 6,0 dS/m.
A suplementação do solo com matéria orgânica, também apresentou significância em relação
a este parâmetro. Os valores apresentados na Figura 3B demonstram que houve grande
acúmulo de prolina no início dos experimentos. Estes teores elevados foram gradativamente
diminuindo, a medida em que a cultura se desenvolvia. No entanto, o acúmulo do aminoácido
foi sempre maior para aqueles tratamentos com maior CE. Isto pode evidenciar que o
transplantio das mudas e a sua adaptação ao sistema de plantio adotado, representou um
fator estressante, que provavelmente induziu a degradação de proteína, com acúmulo de
prolina.
CONCLUSÕES
O aumento da CE do solo foi proporcional ao aumento da concentração de prolina e da
atividade da enzima SOD e inversamente proporcional ao aumento da atividade da enzima
catalase. O monitoramento da atividade das enzimas SOD e catalase do sistema de resposta
antioxidativo e da concentração de prolina podem ser utilizados como indicadores dos níveis
de estresse da planta.
LITERATURA CITADA
MASS, E. V., HOLFMAN, G. J. Crop salt tolerance - Current assessment. Journal Irrigation and
Drenage Division, v.103, p. 115-34, 1977.
VILLAS BÔAS et al, “Efeitos de doses de nitrogênio aplicado de forma convencional através da
fertirrigação da cultura do pimentão”, Congresso Brasileiro de Hortaliça, 2000.
BROETTO, F.; LUTTGE, U.; RATAJCZAK, R.; Influence of light intensity and salt treatment
on mode of photosynthesis and enzymes of the antioxidative response system of
mesembryanthemum crystallinum, Functional Plant Biology, Victoria, v.29, , p. 13-23, 2002.
AGRADECIMENTOS : À FUNDUNESP, pelo apoio financeiro, proc. 00464/04-DFP